keepalived高可用

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keepalived

Keepalived是一个开源的路由软件，主要用于提供高可用性（HA）解决方案，通过VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）协议实现负载均衡和故障转移。

  1. 高可用（HA）：Keepalived通过VRRP协议实现高可用性，允许一组路由器（或服务器）共享一个虚拟IP地址（VIP）。当主服务器（Master）故障时，备用服务器（Backup）可以自动接管这个VIP，确保服务不中断。
  2. VRRP：VRRP是一种网络协议，设计用于在多台路由器之间实现冗余。Keepalived利用VRRP来检测和管理服务器或路由器的健康状态。
  3. Keepalived提供健康检查机制，可以监控服务或服务器的健康状态。如果检测到故障，它可以自动进行故障转移，确保服务的高可用性。
  4. 故障转移：当主服务器检测到故障或停止响应时，Keepalived会自动将VIP转移到备用服务器，从而实现无缝的服务转移。
  5. 自定义脚本执行：支持在状态变更时执行自定义脚本，进行特定的操作，如通知管理员、启动或停止服务等。

VRRP相关概念以及工作原理

概念

虚拟路由器冗余协议（VRRP）：VRRP是一种网络协议，设计用于在多台路由器或服务器之间提供冗余，以提高网络的可靠性和可用性。
虚拟IP（VIP）：VIP是一个共享的IP地址，被配置在VRRP组内的所有路由器或服务器上。客户端使用这个VIP来访问服务，而不直接访问具体的物理设备。
VRRP组：一个VRRP组由一个或多个路由器组成，其中一个被选为主路由器（Master），其余为备用路由器（Backup）。
Master路由器：在VRRP组中，优先级最高的路由器或被指定为Master，它负责处理流量和响应ARP请求。
Backup路由器：如果Master路由器发生故障，Backup路由器中优先级最高的会接管成为新的Master。

工作原理

  • 选举：
    • VRRP通过选举机制确定Master。选举基于以下几个因素：
    • 优先级：每个VRRP实例都有一个优先级，优先级高的路由器被选为Master。
    • IP地址：如果优先级相同，则选择拥有最高IP地址的路由器为Master。
    • VRRP通告（Advertisement）：Master路由器会定期发送VRRP通告信息（VRRP Advertisement），告知其他备用路由器自己是活跃的。
  • 故障转移：
    • 当Master路由器停止发送VRRP通告（可能是由于故障或网络问题），Backup路由器会检测到此情况并启动选举过程：备用路由器等待一个预设的间隔（Master Down Interval）后，如果没有收到通告，则认为Master已下线。优先级最高的备用路由器将接管Master角色，接管VIP，并开始处理流量。
  • VRRP报文：
    • VRRP使用组播地址224.0.0.18发送VRRP报文，包括：
      • VRRP Advertisement：由Master发送，用于告知状态。
      • VRRP Request：由新加入的或重启的路由器发送，用于请求当前的VRRP状态。
  • 认证：
    • VRRP支持简单的密码认证（如使用auth_type PASS），以防止非法节点加入VRRP组。
  • 负载均衡：
    • VRRP本身不提供负载均衡，但可以与LVS（Linux Virtual Server）等负载均衡技术结合使用。

keepalived工作模式

  • 抢占模式：keepalived默认为抢占模式，在该模式下，如果一个优先级更高的备用节点（BACKUP）启动或者恢复，它会立即接管master
  • 非抢占模式：在非抢占模式下，即使一个优先级更高的备用节点启动或恢复，它也不会主动接管Master角色，除非当前的Master节点出现故障。通过在VRRP实例配置中添加nopreempt选项来启用非抢占模式。

keepalived相关命令

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# 启动停止重启服务
systemctl start|stop|restart keepalived
# 配置文件检查
keepalived -f /etc/keepalived/keepalived.conf -t

启动keepalived后可以抓包查看多播信息

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# ]tcpdump -i ens160 -nn|grep 224.0.0.18
dropped privs to tcpdump
tcpdump: verbose output suppressed, use -v[v]... for full protocol decode
listening on ens160, link-type EN10MB (Ethernet), snapshot length 262144 bytes
15:44:21.201129 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:22.201379 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:23.201802 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:24.201961 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:25.202133 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:26.202372 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:27.202754 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
15:44:28.202836 IP 192.168.27.8 > 224.0.0.18: VRRPv2, Advertisement, vrid 51, prio 100, authtype simple, intvl 1s, length 20
# 192.168.27.8 > 224.0.0.18 源地址>组播地址
# VRRPv2, Advertisement 协议和类型
# vrid 51 VRRP实例ID为51
# prio 100 节点优先级为100
# authtype simple 使用简单的密码认证
# intvl 1s 表示VRRP广告报文的发送间隔为1秒
# length 20表示这个VRRP报文的长度为20字节

配置文件实例

keepalived配置文件为/etc/keepalived/keepalived.conf 

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# Keepalived配置文件示例

global_defs {
    # 路由id：当前安装keepalived的节点主机标识符，确保全局唯一
    router_id MASTER_1  # 对于备用节点，修改为BACKUP_1或其他唯一标识符
}

# 业务应用检测脚本（可选）
#vrrp_script check_component {
#    # 业务应用检测脚本路径
#    script "/etc/keepalived/check_component.sh"
#    # 每隔两秒运行一次脚本
#    interval 2
#    # 脚本运行的超时时间
#    timeout 5
#    # 配置几次检测失败才认为服务异常
#    fall 2
#    # 优先级变化幅度，如果script中的指令执行失败，那么相应的vrrp_instance的优先级会减少10个点。
#    weight -10
#}

vrrp_instance VI_1 {
    # 表示状态是MASTER主机还是备用机BACKUP
    state MASTER  # 对于备用节点，修改为BACKUP,主要还是依靠priority来确定哪一个是master
    # 该实例绑定的网卡,如：eth0
    interface ens160
    # 保证主备节点一致即可
    virtual_router_id 51
    # 权重[1-255]，master权重一般高于backup，如果有多个，那就是选举，谁的权重高，谁就当选
    priority 100  # 对于备用节点，设置一个较低的优先级，如70
    # 主备之间同步检查时间间隔，单位秒
    advert_int 1
    # 认证权限密码，防止非法节点进入
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass password  # 替换为实际的密码,支持最多8个字符
    }

    # 如果需要非抢占模式，可以添加以下行,默认使用抢占模式
    #
    # nopreempt

    # 业务应用检测脚本在本VRRP实例中使用
#    track_script {
#        check_component
#    }

    # 虚拟出来的ip，可以有多个（vip）
    virtual_ipaddress {
        # 注意：主备两台的vip都是一样的，绑定到同一个vip,设置别名
        192.168.27.100/24 dev ens160 label ens160:0
    }
}

# 如果需要多个VRRP实例，可以添加更多vrrp_instance块
# vrrp_instance VI_2 {
#     ...
# }