keepalived的详细介绍，主辅热备，主主负载均衡

Keepalived介绍

Keepalived是一个基于VRRP协议来实现的WEB 服务高可用方案，可以利用其来避免单点故障。一个WEB服务至少会有2台服务器运行Keepalived，一台为主服务器（MASTER），一台为备份服务器（BACKUP），但是对外表现为一个虚拟IP，主服务器会发送特定的消息给备份服务器，当备份服务器收不到这个消息的时候，即主服务器宕机的时候，备份服务器就会接管虚拟IP，继续提供服务，从而保证了高可用性。

1      +-------------VIP(192.168.0.7)------------------+

2      |                                   |                           |  

3      |                                   |                           |  

4server(MASTER) <----keepalived----> server(BACKUP)

5 (192.168.0.1)                                      (192.168.0.2)

VRRP协议简介

在现实的网络环境中，两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间路由怎样选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这个问题通常的解决方法有二种：

・        在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等)

・        在主机上配置静态路由

很明显，在主机上配置路态路由是非常不切实际的，因为管理、维护成本以及是否支持等诸多问题。配置静态路由就变得十分流行，但路由器(或者说默认网关default gateway)却经常成为单点。

VRRP的目的就是为了解决静态路由单点故障问题。

VRRP通过一竞选(election)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。

工作机制

在一个VRRP虚拟路由器中，有多台物理的VRRP路由器，但是这多台的物理的机器并不能同时工作，而是由一台称为MASTER的负责路由工作，其它的都是BACKUP，MASTER并非一成不变，VRRP让每个VRRP路由器参与竞选，最终获胜的就是MASTER。MASTER拥有一些特权，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要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。

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。虚拟路由器由VRID(范围0-255)和一组IP地址组成，对外表现为一个周知的MAC地址。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，对他们来 说，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广告包(VRRPAdvertisement message)，BACKUP不会抢占MASTER，除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到广告包)， 多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s)，以保证服务的连续性。由于安全性考虑，VRRP包使用了加密协议进行加密。

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vrrp简介

随着Internet的迅猛发展，基于网络的应用逐渐增多。这就对网络的可靠性提出了越来越高的要求。斥资对所有网络设备进行更新当然是一种很好的可靠性解决方案；但本着保护现有投资的角度考虑，可以采用廉价冗余的思路，在可靠性和经济性方面找到平衡点。 

  虚拟路由冗余协议就是一种很好的解决方案。在该协议中，对共享多存取访问介质（如以太网）上终端IP设备的默认网关(Default Gateway)进行冗余备份，从而在其中一台路由设备宕机时，备份路由设备及时接管转发工作，向用户提供透明的切换，提高了网络服务质量。  

一、协议概述 

  在基于TCP/IP协议的网络中，为了保证不直接物理连接的设备之间的通信，必须指定路由。目前常用的指定路由的方法有两种：一种是通过路由协议（比如：内部路由协议RIP和OSPF）动态学习；另一种是静态配置。在每一个终端都运行动态路由协议是不现实的，大多客户端操作系统平台都不支持动态路由协议，即使支持也受到管理开销、收敛度、安全性等许多问题的限制。因此普遍采用对终端IP设备静态路由配置，一般是给终端设备指定一个或者多个默认网关(Default Gateway)。静态路由的方法简化了网络管理的复杂度和减轻了终端设备的通信开销，但是它仍然有一个缺点：如果作为默认网关的路由器损坏，所有使用该网关为下一跳主机的通信必然要中断。即便配置了多个默认网关，如不重新启动终端设备，也不能切换到新的网关。采用虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)可以很好的避免静态指定网关的缺陷。 

  在VRRP协议中，有两组重要的概念：VRRP路由器和虚拟路由器，主控路由器和备份路由器。VRRP路由器是指运行VRRP的路由器，是物理实体，虚拟路由器是指VRRP协议创建的，是逻辑概念。一组VRRP路由器协同工作，共同构成一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。处于同一个RRP组中的路由器具有两种互斥的角色：主控路由器和备份路由器，一个VRRP组中有且只有一台处于主控角色的路由器，可以有一个或者多个处于备份角色的路由器。VRRP协议使用选择策略从路由器组中选出一台作为主控，负责ARP相应和转发IP数据包，组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。当由于某种原因主控路由器发生故障时，备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器。由于此切换非常迅速而且不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明的。  

二、工作原理 

  一个VRRP路由器有唯一的标识：VRID，范围为0―255。该路由器对外表现为唯一的虚拟MAC地址，地址的格式为0-00-5E-00-01-[VRID]。主控路由器负责对ARP请求用该MAC地址做应答。这样，无论如何切换，保证给终端设备的是唯一一致的IP和MAC地址，减少了切换对终端设备的影响。 

  VRRP控制报文只有一种：VRRP通告(advertisement)。它使用IP多播数据包进行封装，组地址为224.0.0.18，发布范围只限于同一局域网内。这保证了VRID在不同网络中可以重复使用。为了减少网络带宽消耗只有主控路由器才可以周期性的发送VRRP通告报文。备份路由器在连续三个通告间隔内收不到VRRP或收到优先级为0的通告后启动新的一轮VRRP选举。 

  在VRRP路由器组中，按优先级选举主控路由器，VRRP协议中优先级范围是0―255。若VRRP路由器的IP地址和虚拟路由器的接口IP地址相同，则称该虚拟路由器作VRRP组中的IP地址所有者；IP地址所有者自动具有最高优先级：255。优先级0一般用在IP地址所有者主动放弃主控者角色时使用。可配置的优先级范围为1―254。优先级的配置原则可以依据链路的速度和成本、路由器性能和可靠性以及其它管理策略设定。主控路由器的选举中，高优先级的虚拟路由器获胜，因此，如果在VRRP组中有IP地址所有者，则它总是作为主控路由的角色出现。对于相同优先级的候选路由器，按照IP地址大小顺序选举。VRRP还提供了优先级抢占策略，如果配置了该策略，高优先级的备份路由器便会剥夺当前低优先级的主控路由器而成为新的主控路由器。 

  为了保证VRRP协议的安全性，提供了两种安全认证措施：明文认证和IP头认证。明文认证方式要求：在加入一个VRRP路由器组时，必须同时提供相同的VRID和明文密码。适合于避免在局域网内的配置错误，但不能防止通过

网络监听方式获得密码。IP头认证的方式提供了更高的安全性，能够防止报文重放和修改等攻击。 

三、 应用实例 

三、 应用实例 

  最典型的VRRP应用：RTA、RTB组成一个VRRP路由器组，假设RTB的处理能力高于RTA，则将RTB配置成IP地址所有者，H1、H2、H3的默认网关设定为RTB。则RTB成为主控路由器，负责ICMP重定向、ARP应答和IP报文的转发；一旦RTB失败，RTA立即启动切换，成为主控，从而保证了对客户透明的安全切换。 

  在VRRP应用中，RTA在线时RTB只是作为后备，不参与转发工作，闲置了路由器RTA和链路L1。通过合理的网络设计，可以到达备份和负载分担双重效果。让RTA、RTB同时属于互为备份的两个VRRP组：在组1中RTA为IP地址所有者；组2中RTB为IP地址所有者。将H1的默认网关设定为RTA；H2、H3的默认网关设定为RTB。这样，既分担了设备负载和网络流量，又提高了网络可靠性。 

  VRRP协议的工作机理与CISCO公司的HSRP（Hot Standby Routing Protocol）有许多相似之处。但二者主要的区别是在CISCO的HSRP中，需要单独配置一个IP地址作为虚拟路由器对外体现的地址，这个地址不能是组中任何一个成员的接口地址。 

  使用VRRP协议，不用改造目前的网络结构，最大限度保护了当前投资，只需最少的管理费用，却大大提升了网络性能，具有重大的应用价值。

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   keepalived 配置文件详解

安装最简单的方法就是 yum install keepalived ,也可以自己使用源码包安装

vim /etc/keepalived/keepalived.conf

! Configuration File for keepalived

vrrp_script chk_http_port {    #检查脚本

script "/etc/keepalived/nginx_pid.sh"   #检查进程的脚本

interval 2        #时间间隔

weight 2

}

global_defs {

notification_email { #指定keepalived在发生切换时需要发送email到的对象，一行一个

[email protected]    #写一个有效邮箱地址，但是确保本地安装了Postfix，可以正常发生邮件

}

notification_email_from root@localhost #指定发件人,即发送邮件的主机

smtp_server localhost #指定smtp服务器地址 也可以是127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30 #指定smtp连接超时时间

router_id LVS_DEVEL #运行keepalived机器的一个标识，

}

vrrp_sync_group VG_1{ #监控多个网段的实例  ，可以根据业务需要配置

group { 

inside_network #实例名   下边vrrp_instance要和这里保持一致

outside_network

}

notify_master /path/xx.sh #指定当切换到master时，执行的脚本

netify_backup /path/xx.sh #指定当切换到backup时，执行的脚本

notify_fault "path/xx.sh VG_1" #故障时执行的脚本

notify /path/xx.sh

smtp_alert #使用global_defs中提供的邮件地址和smtp服务器发送邮件通知

}

vrrp_instance  insid_network{

state master   #制定那个是master，哪个是slave，如果设置了noreempt这个值不起作用，主备靠priority决定

interface eth0   #设置实例绑定的网卡

dont_track_primary #忽略vrrp的interface错误（默认不设置） 一般按照默认即可

track_interface{ #设置额外的监控，里面那个网卡出现问题都会切换

eth0                根据情况而定，但我觉得环境稳定就内网卡和公网卡都track

eth1 

}

mcast_src_ip #发送多播包的地址，如果不设置默认使用绑定网卡的primary ip 

garp_master_delay #在切换到master状态后，延迟进行gratuitous ARP请求

virtual_router_id 50 #VPID标记

priority 99 #优先级，高优先级竞选为master   这个决定谁是master

advert_int 1 #检查间隔，默认1秒

nopreempt #设置为不抢占 注：这个配置只能设置在backup主机上，而且这个主机优先级要比另外一台高

preempt_delay #抢占延时，默认5分钟

debug #message的级别是debug级别

authentication { #设置认证

auth_type PASS #认证方式

auth_pass 111111 #认证密码

}

virtual_ipaddress { #设置vip   #可以是多个VIP

192.168.202.200

}

track_script  {   监控脚本

chk_http_port

}

}

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nginx+keepalived的主辅切换

web1 192.168.1.210

web2 192.168.1.211

vip   192.168.1.200

安装 keepalived 和nginx省略，因为很简单。

直接配置keepalived.conf    master主机

vrrp_script chk_http_port { 

                script "/opt/nginx_pid.sh"              ###监控脚本 

                interval 2                              ###监控时间 

                weight 2                                ###目前搞不清楚 

} 

global_defs {

notification_email { #指定keepalived在发生切换时需要发送email到的对象，一行一个

[email protected]    #写一个有效邮箱地址，但是确保本地安装了Postfix，可以正常发生邮件

}

notification_email_from root@localhost #指定发件人,即发送邮件的主机

smtp_server localhost #指定smtp服务器地址 也可以是127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30 #指定smtp连接超时时间

router_id LVS_DEVEL #运行keepalived机器的一个标识，

}

vrrp_instance VI_1 { 

        state MASTER                                ### 设置为 主 

        interface eth0                              ### 监控网卡    

        virtual_router_id 51                        ### （VPID）这个两台服务器必须一样 

        mcast_src_ip  192.168.1.210（稳定网络接口的网卡较好）   

        #发送多播包的地址，如果不设置默认使用绑定网卡的primary ip                     

        priority 101   ### 权重值 MASTRE 一定要高于 BAUCKUP 

        advert_int 1   

        preempt_delay #抢占延时，默认5分钟

        debug #message的级别是debug级别    

        smtp_alert

        track_interface{     #设置额外的监控，里面那个网卡出现问题都会切换

        eth0                 根据情况而定，但我觉得环境稳定就内网卡和公网卡都track

        eth1 

          }                                 

        authentication { 

                     auth_type PASS                ### 加密 明文加密法

                     auth_pass eric                ### 加密的密码，两台服务器一定要一样，不然会出错 

        } 

        track_script { 

                chk_http_port                     ### 执行监控的服务 

        } 

        virtual_ipaddress { 

             192.168.1.200/24    netmask 很重要                       ###    VIP 地址 

        } 

} 

slave配置：

vrrp_script chk_http_port { 

                script "/opt/nginx_pid.sh"              ###监控脚本 

                interval 2                              ###监控时间 

                weight 2                                ###目前搞不清楚 

} 

global_defs {

notification_email { #指定keepalived在发生切换时需要发送email到的对象，一行一个

[email protected]    #写一个有效邮箱地址，但是确保本地安装了Postfix，可以正常发生邮件

}

notification_email_from root@localhost #指定发件人,即发送邮件的主机

smtp_server localhost #指定smtp服务器地址 也可以是127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30 #指定smtp连接超时时间

router_id LVS_DEVEL #运行keepalived机器的一个标识，

}

vrrp_instance VI_1 { 

        state  backup                           ### 设置为 主 

        interface eth0                              ### 监控网卡    

        virtual_router_id 51                        ### （VPID）这个两台服务器必须一样 

        mcast_src_ip  192.168.1.211（稳定网络接口的网卡较好）   

        #发送多播包的地址，如果不设置默认使用绑定网卡的primary ip                     

        priority 99   ### 权重值 MASTRE 一定要高于 BAUCKUP 

        advert_int 1   

        preempt_delay #抢占延时，默认5分钟

        debug #message的级别是debug级别    

        smtp_alert

        track_interface{     #设置额外的监控，里面那个网卡出现问题都会切换

        eth0                 根据情况而定，但我觉得环境稳定就内网卡和公网卡都track

        eth1 

          }                                 

        authentication { 

                     auth_type PASS                ### 加密 明文加密法

                     auth_pass eric                ### 加密的密码，两台服务器一定要一样，不然会出错 

        } 

        track_script { 

                chk_http_port                     ### 执行监控的服务 

        } 

        virtual_ipaddress { 

             192.168.1.200/24   netmask很重要，                            ###    VIP 地址 

        } 

} 

/opt/nginx_pid.sh

#!/bin/bash

NGINX_PROCESS=`ps -C nginx --no-header | wc -l`

if [ $NGINX_PROCESS -eq 0 ];then

        /usr/local/nginx/sbin/nginx

        sleep 3

        if [ `ps -C nginx --no-header | wc -l` -eq 0 ];then

                /etc/init.d/keepalived stop

        fi  

fi

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为了解决主辅热备造成的机器资源浪费，对于访问量大的公司使用双主热备比较好。

实验环境

VIP1=192.168.137.200 (www.zhirs.com) 

VIP2=192.168.137.100 (img.zhirs.com) 

web1=192.168.137.201   nginx  

web2=192.168.137.202   nginx 

安装略~

配置如下

第一台keepalived配置文件。第一台做192.168.137.200vip的master，192.168.137.100的backup。

#vim /etc/keepalived/keepalived.conf

此处的脚本检测的原理是lvs和nginx在同一个机器，所以下面的脚本也在同一机器。

如果lvs+后端（tomcat）分开运行，案例可以参考：

http://sohudrgon.blog.51cto.com/3088108/1605968/

vrrp_script chk_http_port { 

                script "/opt/nginx_pid.sh"              ###监控脚本 

                interval 2                              ###监控时间 

                weight 2                                ###目前搞不清楚 

} 

global_defs {

notification_email { #指定keepalived在发生切换时需要发送email到的对象，一行一个

[email protected]    #写一个有效邮箱地址，但是确保本地安装了Postfix，可以正常发生邮件

}

notification_email_from root@localhost #指定发件人,即发送邮件的主机

smtp_server localhost #指定smtp服务器地址 也可以是127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30 #指定smtp连接超时时间

router_id LVS_DEVEL #运行keepalived机器的一个标识，

}

 

vrrp_instance VI_1 {

    state MASTER        ############ 辅机为 BACKUP

    interface eth0

    virtual_router_id 51

    mcast_src_ip 192.168.137.201/24

    priority 100                  ########### 权值要比 back 高

    advert_int 1

    smtp_alert

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass 1111

    }

track_script { 

        chk_http_port ### 执行监控的服务 

        }

    virtual_ipaddress {

       192.168.137.200/32

    }

}

vrrp_instance VI_2 {

    state BACKUP

    interface eth0

    virtual_router_id 52

    priority 99

    advert_int 1

    smtp_alert

    authentication {

         auth_type PASS

         auth_pass 1111

    }

    virtual_ipaddress {

        192.168.137.100/32 

         }

}

第二台keepalived的配置文件

vrrp_script chk_http_port { 

                script "/opt/nginx_pid.sh"              ###监控脚本 

                interval 2                              ###监控时间 

                weight 2                                ###目前搞不清楚 

} 

global_defs {

notification_email { #指定keepalived在发生切换时需要发送email到的对象，一行一个

[email protected]    #写一个有效邮箱地址，但是确保本地安装了Postfix，可以正常发生邮件

}

notification_email_from root@localhost #指定发件人,即发送邮件的主机

smtp_server localhost #指定smtp服务器地址 也可以是127.0.0.1

smtp_connect_timeout 30 #指定smtp连接超时时间

router_id LVS_DEVEL #运行keepalived机器的一个标识，

}

 

vrrp_instance VI_1 {

    state backup         

    interface eth0

    virtual_router_id 51

    mcast_src_ip 192.168.137.202/24

    priority 99               ########### 权值要比 master低

    advert_int 1

    smtp_alert

    authentication {

        auth_type PASS

        auth_pass 1111

    }

track_script { 

        chk_http_port ### 执行监控的服务 

        }

    virtual_ipaddress {

       192.168.137.200/32

    }

}

vrrp_instance VI_2 {

    state master

    interface eth0

    virtual_router_id 52

    priority 100

    advert_int 1

    smtp_alert

    authentication {

         auth_type PASS

         auth_pass 1111

    }

    virtual_ipaddress {

        192.168.137.100/32  

         }

}

/opt/nginx_pid.sh

#!/bin/bash

NGINX_PROCESS=`ps -C nginx --no-header | wc -l`

if [ $NGINX_PROCESS -eq 0 ];then

        /usr/local/nginx/sbin/nginx

        sleep 3

        if [ `ps -C nginx --no-header | wc -l` -eq 0 ];then

                /etc/init.d/keepalived stop

        fi  

fi

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最后查看日志

10、查看两台服务器的VIP 查看

查看192.168.137.254：

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000

link/ether 00:0c:29:dc:01:3e brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet 192.168.137.201/24 brd 192.168.137.255 scope global eth0

inet 192.168.137.200/32 scope global eth0

查看192.168.137.253:

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast qlen 1000

link/ether 00:0c:29:d5:e7:3d brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

inet 192.168.137.202/24 brd 192.168.137.255 scope global eth0

inet 192.168.137.100/32 scope global eth0

inet6 fe80::20c:29ff:fed5:e73d/64 scope link

valid_lft forever preferred_lft forever