keepalived的知识概括

2022-01-30 00:26:57

1.1 背景：
最近有客户在云上使用keepalived的实现应用高可用的场景，对keepalived的相关知识进行总结，虚机进行的安装测试，对相关测试进行记录
环境：

操作系统	节点名称	IP地址	VIP
centos-7.6	keepalived001	172.20.128.5	172.20.128.100
centos-7.6	keepalived002	172.20.128.6	172.20.128.100

1.2 keepalived介绍
Keepalived软件起初是专为LVS负载均衡软件设计的，用来管理并监控LVS集群系统中各个服务节点的状态，后来又加入了可以实现高可用的VRRP功能。因此，Keepalived除了能够管理LVS软件外，还可以作为其他服务（例如：Nginx、Haproxy、MySQL等）的高可用解决方案软件。Keepalived软件主要是通过VRRP协议实现高可用功能的。VRRP是Virtual Router RedundancyProtocol(虚拟路由器冗余协议）的缩写，VRRP出现的目的就是为了解决静态路由单点故障问题的，它能够保证当个别节点宕机时，整个网络可以不间断地运行。所以，Keepalived 一方面具有配置管理LVS的功能，同时还具有对LVS下面节点进行健康检查的功能，另一方面也可实现系统网络服务的高可用功能。
1.3 keepalived服务的三个重要功能

* 管理LVS负载均衡软件
* 实现LVS集群节点的健康检查中
* 网络服务的高可用性（failover）

1.4 Keepalived高可用故障切换转移原理Keepalived高可用服务对之间的故障切换转移，是通过 VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol ,虚拟路由器冗余协议）来实现的。在 Keepalived服务正常工作时，主 Master节点会不断地向备节点发送（多播的方式）心跳消息，用以告诉备Backup节点自己还活看，当主 Master节点发生故障时，就无法发送心跳消息，备节点也就因此无法继续检测到来自主 Master节点的心跳了，于是调用自身的接管程序，接管主Master节点的 IP资源及服务。而当主 Master节点恢复时，备Backup节点又会释放主节点故障时自身接管的IP资源及服务，恢复到原来的备用角色。
1.5 VRRP原理VRRP ,全称 Virtual Router Redundancy Protocol ,中文名为虚拟路由冗余协议，VRRP的出现就是为了解决静态路由的单点故障问题。
VRRP的工作过程：

* 虚拟路由器中的路由器根据优先级选举出Master。Master路由器通过发送ARP报文，将自己的虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机，从而承担报文转发任务；
* Master路由器周期性发送VRRP报文，以公布其配置信息（优先级等）和工作状况；
* 如果Master路由器出现故障，虚拟路由器中的Backup路由器将根据优先级重新选举新的Master；
* 虚拟路由器状态切换时，Master路由器由一台设备切换为另外一台设备，新的Master路由器只是简单地发送一个携带虚拟路由器的MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，这样就可以更新与它连接的主机或设备中的ARP相关信息。网络中的主机感知不到Master路由器已经切换为另外一台设备。
* Backup路由器的优先级高于Master路由器时，由Backup路由器的工作方式（抢占方式和非抢占方式）决定是否重新选举Master。

VRRP的主要作用：

* Master路由器的选举；
* Master路由器状态的通告；
* 同时，为了提高安全性，VRRP还提供了认证功能；下面将从上述三个方面详细介绍VRRP的工作过程。

1、Master的选举过程：

* 如果VRRP报文中Master路由器的优先级高于自己的优先级，则路由器保持在Backup状态；

* 如果VRRP报文中Master路由器的优先级低于自己的优先级，采用抢占工作方式的路由器将抢占成为Master状态，周期性地发送VRRP报文，采用非抢占工作方式的路由器仍保持Backup状态；

* 如果在一定时间内没有收到VRRP报文，则路由器切换为Master状态。

VRRP优先级的取值范围为0到255（数值越大表明优先级越高），可配置的范围是1到254，优先级0为系统保留给路由器放弃Master位置时候使用，255则是系统保留给IP地址拥有者使用。当路由器为IP地址拥有者时，其优先级始终为255。因此，当虚拟路由器内存在IP地址拥有者时，只要其工作正常，则为Master路由器。
2、 Master路由器状态的通告

* Master路由器周期性地发送VRRP报文，在虚拟路由器中公布其配置信息（优先级等）和工作状况。Backup路由器通过接收到VRRP报文的情况来判断Master路由器是否工作正常。

* Master路由器主动放弃Master地位（如Master路由器退出虚拟路由器）时，会发送优先级为0的VRRP报文，致使Backup路由器快速切换变成Master路由器。这个切换的时间称为Skew time，计算方式为：（256－Backup路由器的优先级）/256，单位为秒。

* 当Master路由器发生网络故障而不能发送VRRP报文的时候，Backup路由器并不能立即知道其工作状况。Backup路由器等待一段时间之后，如果还没有接收到VRRP报文，那么会认为Master路由器无法正常工作，而把自己升级为Master路由器，周期性发送VRRP报文。如果此时多个Backup路由器竞争Master路由器的位置，将通过优先级来选举Master路由器。Backup路由器默认等待的时间称为Master_Down_Interval，取值为：（3×VRRP报文的发送时间间隔）＋Skew time，单位为秒。

* 在性能不够稳定的网络中，Backup路由器可能因为网络堵塞而Master_Down_Interval期间没有收到Master路由器的报文，而主动抢占为Master位置，如果此时原Master路由器的报文又到达了，就会出现虚拟路由器的成员频繁的进行Master抢占现象。为了缓解这种现象的发生，特制定了延迟等待定时器。它可以使得Backup路由器在等待了Master_Down_Interval后，再等待延迟等待时间。如在此期间仍然没有收到VRRP报文，则此Backup路由器才会切换为Master路由器，对外发送VRRP报文。

* Backup路由器在Master路由器坏掉之后，正常情况下需要等待Master_Down_Interval才能切换为新的Master的位置，这段时间内主机将无法正常通信，因为此时没有Master设备替它转发报文。为了解决这个网络故障，Backup设备提供了一个监听Master工作状态的功能，使得Master路由器坏掉之后Backup能够立即切换成为新的Master路由器，维持网络通讯。Backup路由器监视Master路由器采用的是具有快速检测功能的BFD技术。在Backup设备上使用该技术监视Master路由器的状态，一旦Master路由器发生故障，Backup就可以自动切换成为新的Master路由器，将切换时间缩短到毫秒级。

二 Keepalived的安装
1、环境：

* yum install epel-release -y

* yum -y install keepalived

2、配置文件编辑
keepalived001
! Configuration File for keepalived

global_defs {
router_id 001
}

vrrp_instance VI_1 {

state MASTER
interface eth0
virtual_router_id 51
priority 150
advert_int 1
authentication {
    auth_type PASS
    auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
    172.20.128.100
}

}

keepalived002
! Configuration File for keepalived

global_defs {
router_id 002

}

vrrp_instance VI_1 {

#状态参数 master/backup
state MASTER 
# 虚IP地址放置的网卡位置
interface eth0
# 同一家族要一直，同一个集群id一致
virtual_router_id 51
# 优先级决定是主还是备,越大越优先
priority 100 
#主备通讯时间间隔
advert_int 1
authentication {
    auth_type PASS
    auth_pass 1111
}
virtual_ipaddress {
    172.20.128.100
    #  设备之间使用的虚拟ip地址
}

}
在keepalived001上把进程杀掉，可以看到服务自动被backup接管并成为master向外发vrrp的消息。如下图：

在keepalived001上启动进程，发现keepalived又成为主

三 keepalived 抢占式和非抢占式

抢占式
抢占模式是指当keepalived的某台机器挂了之后VIP漂移到了备节点，当主节点恢复后主动将VIP再次抢回，keepalived默认工作在抢占模式下。抢占式有三种情况：

* 两台都为master，server1的优先级比server2的高，keepalived启动后server1为主，server1出问题的时候server2接管，server1恢复后再次提升为master角色。

实验环境如上面的截图，keepalived001和keepalived002均为master节点，节点keepalived001的优先级为150，keepalived002为优先级100，当keepalived001上的keepalived被杀掉后keepalived002接管，keepalived001节点上的keepalived进程开启后自动抢占vip。

* server1为master ,server2为backup，server1的优先级高于server2,当server1出现故障的时候切到server2，此时server2提升为master,当server1恢复的时候，因server1的优先级比较高server1重新升级为master。

实现环境如下图所示：

server1为master ,server2为backup，server1的优先级低于server2，服务启动时由于server2的优先级高，将提升为master, server1为backup，当server2故障的时候，server1接管，当server2恢复后接管变为master,server1降级为backup。

总结：抢占模式下，哪个server的优先级高，则为master, 与配置文件state配置的状态无关。

非抢占式

非抢占模式则是当主节挂了再次起来后不再抢回VIP。两个节点的state都必须配置为BACKUP，两个节点都必须加上配置 nopreempt。
server1和server2都为backup。我们要注意启动server服务的启动顺序，先启动的升级为master，与优先级无关。且配置文件中必须配置nopreempt。
实验环境：
两台服务器的keepalived的进程都杀掉，先启动keepalived001节点上的进程，此时可以看到虽然keepalived001的节点的优先级低，但依然是keepalived001的状态为master状态。

然后杀掉keepalived001上的keepalived进程，会看到keepalived002由BACKUP状态变为master，抢占了vip服务。

当在keepalived001上启动了进程之后，vip随机立即释放掉，依旧为BACKUP状态，keepalived002上没有新日志产生，依旧是MASTER状态，说明没有vip的抢占。

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