VRRP协议的工作机制介绍，Keepalived内部架构及其实现原理解析
目录
前言
Keepalived 内部架构及其实现原理解析
一、VRRP 缘起
二、关于 VRRP
三、VRRP Master-Backup
四、VRRP 工作机制
五、关于 Keepalived
六、Keepalived的三个核心模块
七、Keepalived 多进程模式
八、Keepalived 控制单元
九、Keepalived 对 IPVS 的封装
前言
Keepalived 是由 VRRP 实现的，因此博主在介绍 Keepalived 之前，首先，了解一下 VRRP 的原理，所以，本篇博客的第一部分将介绍：VRRP 的原理及其架构浅解析；第二部分主要介绍 Keepalived 的内部架构及其实现原理。
Keepalived 内部架构及其实现原理解析
一、VRRP 缘起
在现实的网络环境中(比如Internet)，两台需要通信的主机(end-host)大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间的路由怎么选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这是个问题。通常的解决办法有两种：
1、在主机上使用动态路由协议（比如：RIP、OSPF、IS-IS、IGRP、EIGRP、BGP等）；
2、在主机上配置静态路由很
很明显，在主机上配置动态路由协议是非常不切实际的，因为管理维护成本以及是否支持等诸多问题。那么配置静路由就变得十分的流行，实际上，配置静态路由的这种方式我们至今一直在用。但是路由器（或者说默认网，Default Gateway）却经常成为单点，就算配置了多个静志路由，却因为必须重启网络才能生效而变得不实用。
二、关于 VRRP
VRRP 协议（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）的目的：为了解决静路单点故障的问题。
VRRP 通过一种竞选协议来动态的将路由任务交给 LAN 中虚拟路由器中的某台 VRRP 路由器。
两个关键的名词：VRRP 路由器和 VRRP 虚拟路由器。
VRRP 路由器：VRRP 路由器就是一台路由器，只不过上面运行了 VRRPD 这样的程序来实现 VRRP 协议，VRRP 路由器是现实的物理的路由器，一台 VRRP 路由器可以位于多个虚拟路由器。
VRRP 虚拟路由器：所谓虚拟，就是说并不是实际存在的，而是一个逻辑的路由器并不是物理的路由器。虚拟路由器通常由多台VRRP 路由器通过某种方式组成，就好比这些物理的路由器都丢到一个池(pool)里面去，整个pool对外看起来就象是一台路由器，但其内部有多台物理路由器。虚拟路由器的标识称为 VRID。
三、VRRP Master-Backup
在一个 VRRP 虚拟路由器中，有多台物理的 VRRP 路由器，但是几台物理的机器并不同时工作，而是由一台称为 Master 的路由器负责路由工作，其他的都是 Backup，Master 并非一成不变，VRRP 协议会让所有 VRRP 路由器参与竞选，最终获胜的就是 Master，Master有一些特权，比如拥有虚拟路由器的IP地址，我们的主机就是用这个IP地址作为静态路由的，拥有特权的 Master 路由器将负责转发发送给网关地址的包和响应 ARP（根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议，Address Resolution Protocol）请求。
四、VRRP 工作机制
VRRP 通过竞选协议来实现虚拟路由器的功能，所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包（多播地址224.0.0.18）形式发送的。主要由虚拟路由器由 VRID（范围0-255）和一组IP地址组成，对外表现为一个众所周知的 MAC 地址（00-00-5E-00-01-{VRID}）。所以，在一个虚拟路由器中，不管谁是 Master，对外都是相同的 MAC 和 IP（称之为VIP）。客户端主机并不需要因为Master 的改变而修改自己的路由配置，对客户端来说，像这种主从的切换是透明的。
在一个虚拟路由器中，只有作为 Master 的 VRRP 路由器会一直发送 VRRP 广播的包(VRRP Advertisement message)，Backup 不会抢占 Master，除非 Backup 的优先级(priority)设值更高，当 Master 不可用时（Backup收不到广播的包），多台 Backup 中优先级最高的这台路由器会抢占为 Master，这种抢占是非常快速的(<1秒)，以保证服务的连续性。出于安全性考虑，VRRP 广播包使用了加密协议进行加密。
五、关于 Keepalived
Keepalived 是集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，用来防止单点故障。Keepalived 的作用是检测 web 服务器的状态，如果有一台 web 服务器死机，或工作出现故障，Keepalived 将检测到，并将有故障的 web 服务器从系统中剔除，当 web 服务器工作正常后 Keepalived 自动将 web 服务器加入到服务器群中，这些工作全部自动完成，不需要人工干涉，需要人工做的只是修复因为故障导致服务器宕机的 web 服务器。
Keepalived 是以 VRRP 协议（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）为实现基础的。虚拟路由冗余协议，可以认为是实现路由器高可用的协议，即将 N 台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，（原理同上）这个组里面有一个 Master 和多个 Backup，Master 上面有一个对外提供服务的 VIP（Virtual IP Address，虚拟IP地址），该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该 VIP，Master 会发组播，当 Backup 收不到 VRRP 包时就认为 Master 宕掉了，这时就需要根据 VRRP 的优先级来选举一个 Backup 充当 Master。这样的话就可以保证路由器的高可用了。
六、Keepalived的三个核心模块
Keepalived 是一个高度模块化的设计的软件，Keepalived 三个核心模块分别为core、check和VRRP（当然还有：libipfwc、libipvs-2.4、libipvs-2.6）
- core Keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析；
- check Keepalived的Healthchecker，负责健康检查，包括常见的各种检查方式，以及对应的配置的解析，其中包括了LVS的配置解析；
- VRRP Keepalived中实现VRRP协议的；
七、Keepalived 多进程模式
Keepalived 采用了多进程的设计模式，每个进程负责不同的功能。
八、Keepalived 控制单元
在 Keepalived 中，所谓的控制单元，就是对配置文件的编译和解析，Keepalived 的配置文件解析和其它不同的是，它并不是一次解析所有的配置，而是用到某个模块的时候才解析相应的配置，每个模块中的 xxx_parser.c 就是负责解析配置文件的。
九、Keepalived 对 IPVS 的封装
Keepalived 里面所有对 LVS（Linux Virtual Server，Linux 虚拟服务器）的相关操作并不是直接使用 ipvsadm 这样的客户端程序，而是直接使用 IPVS 提供的函数进行操作，而这些操作都存在与 check/ipwrapper.c 中。
下一篇文章：《 Nginx+Keepalived搭建高可用Web服务器详细教程 》
参考文档：
Keepalived 官网：【https://www.keepalived.org/】
好了，关于 VRRP协议的工作机制介绍，Keepalived内部架构及其实现原理解析 就写到这儿了，如果还有什么疑问或遇到什么问题欢迎扫码提问，也可以给我留言哦，我会一一详细的解答的。
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