keepalived原理及keepalived+nginx的高可用、keepalived+lvs_DR负载均衡、keepalived高可用双主模型实例

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keepalived的原理：

keepalived是网络协议VRRP（Virtual Route Redundancy Protocol 虚拟路由冗余协议）协议的实现。

keepalived是一个类似于Layer2,4,7交换机制的软件。是Linux集群管理中保证集群高可用的一个服务软件，其功能是用来防止单点故障。

keepalived的工作原理：

keepalived是基于VRRP协议实现的保证集群高可用的一个服务软件，主要功能是实现真机的故障隔离和负载均衡器间的失败切换，防止单点故障。在了解keepalived原理之前先了解一下VRRP协议。

VRRP协议：Virtual Route Redundancy Protocol 虚拟路由冗余协议。是一种容错协议，保证当主机的下一跳路由出现故障时，由另一台路由器来代替出现故障的路由器进行工作，从而保持网络通信的连续性和可靠性。在介绍VRRP之前先介绍一些关于VRRP的相关术语：

虚拟路由器：由一个 Master 路由器和多个 Backup 路由器组成。主机将虚拟路由器当作默认网关。

VRID：虚拟路由器的标识。有相同 VRID 的一组路由器构成一个虚拟路由器。

Master 路由器：虚拟路由器中承担报文转发任务的路由器。

Backup 路由器： Master 路由器出现故障时，能够代替 Master 路由器工作的路由器。

虚拟 IP 地址：虚拟路由器的 IP 地址。一个虚拟路由器可以拥有一个或多个IP 地址。

IP 地址拥有者：接口 IP 地址与虚拟 IP 地址相同的路由器被称为 IP 地址拥有者。

虚拟 MAC 地址：一个虚拟路由器拥有一个虚拟 MAC 地址。虚拟 MAC 地址的格式为 00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情况下，虚拟路由器回应 ARP 请求使用的是虚拟 MAC 地址，只有虚拟路由器做特殊配置的时候，才回应接口的真实 MAC 地址。

优先级： VRRP 根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的地位。

非抢占方式：如果 Backup 路由器工作在非抢占方式下，则只要 Master 路由器没有出现故障， Backup 路由器即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master 路由器。

抢占方式：如果 Backup 路由器工作在抢占方式下，当它收到 VRRP 报文后，会将自己的优先级与通告报文中的优先级进行比较。如果自己的优先级比当前的 Master 路由器的优先级高，就会主动抢占成为 Master 路由器；否则，将保持 Backup 状态。 nopreempt：非抢占模式；默认为抢占模式；

keepalived的架构图：

说明：keepalived在实现多个实例时必须为每一个实例设置专用的多播地址。
以下实验环境调度器director使用centos7系统，后端realserver服务器使用centos6系统！
实例一：keepalived做主备模型实现nginx负载均衡httpd服务：

环境：centos7：keepalived，nginx
web服务使用httpd-2.2，centos6系统
使用yum分别安装需要的软件包。
并测试httpd服务正常。
配置keepalived：
第一步：使用yum安装keepalived（来自本地源）

使用yum安装nginx（来自epel源）

第二步：分别配置nginx做反向代理并做负载均衡
配置第一个主机实现nginx做反向代理并负载均衡后端httpd服务。
upstream upserver{
        server 172.16.249.237:80 weight=1;
        server 172.16.249.233:80 weight=1;
}
    server {
        listen       172.16.249.73:80;
    location / {
        proxy_pass  http://upserver;
        }

注意：proxy_pass后的http：//upserver后一定不能带“/”
启动nginx并测试
[iyunv@lpw2 nginx]# systemctl start nginx.service

停止此主机的nginx服务，配置第二个主机做nginx反向代理并做负载均衡
为了确保两个nginx主机的配置文件一致，从前一个主机复制nginx.conf到当前主机
[iyunv@lpw2 nginx]# scp ./nginx.conf root@172.16.249.209:/etc/nginx/
并做相应的修改
upstream upserver{
        server 172.16.249.237:80 weight=1;
        server 172.16.249.233:80 weight=1;
}
    server {
        listen       172.16.249.209:80;
        location / {
        proxy_pass  http://upserver;
        }
启动nginx服务并做测试
[iyunv@localhost nginx]# systemctl start nginx.service

现在为止最为调度器的nginx服务以及准备完毕
接下来解释配置使用keepalived高可用nginx调度器：
配置主机1的keepalived
global_defs {
   notification_email {
     lpw@126.com
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL1
   vrrp_mcast_group4 224.1.1.5   //定义keepalived用来互相发送vrrp协议报文的组播地址
}
vrrp_script chk_nginx {         //此脚本用来检测nginx是否在线
   script "killall -0 nginx"
   interval 1
   weight -2
}
vrrp_script chk_online {     // 此脚本用来检测此主机是否在线或者keepalived是否出故障，及故障后如何实现vip地址的切换
   script "[[ -f /etc/keepalived/down ]] && exit 1 || exit 0"
   interval 1
   weight -2
}
vrrp_instance VI_nginx {
    state MASTER    //定义此主机为master节点
    interface eno16777736  //定义此主机监听的接口网卡
    virtual_router_id 66   //此真实主机的route的ID号
    priority 100   //定义此主机的初始优先级
    advert_int 1   //定义keepalived的节点之间每隔1秒检测一侧对端节点是否在线
    authentication {  //用来定义keepalived节点之间的认证方式，有两种，一种是PASS（简单的明文认证，最多8个字节）,另一种是AH（加密算法）
        auth_type PASS
        auth_pass 222222
    }

    virtual_ipaddress {  //定义虚拟路由器的ip地址，其作为负载均衡的vip使用
        172.16.249.100/16
    }
#  track_interface {
#       eno16777736
#}
  track_script {   //调用前面声明的track_script脚本
        chk_nginx
        chk_online
         }
   notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"  //定义使用邮件通知的脚本，keepalived虽然默认有邮件通知机制，但其真正的通知需要自定义脚本来实现
   notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"  //自定义的notify.sh脚本（在后面）
   notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

然后配置主机2的keepalived
global_defs {
   notification_email {
     lpw@126.com
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL1
   vrrp_mcast_group4 224.1.1.5
}
vrrp_script chk_nginx {
   script "killall -0 nginx"
   interval 1
   weight -2
}
vrrp_script chk_online {
   script "[[ -f /etc/keepalived/down ]] && exit 1 || exit 0"
   interval 1
   weight -2
}
vrrp_instance VI_nginx {
    state BACKUP
    interface eno16777736
    virtual_router_id 66
    priority 99
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 222222
    }

    virtual_ipaddress {
        172.16.249.100/16
    }
#  track_interface {
#       eno16777736
#}
  track_script {
        chk_nginx
        chk_online
         }
   notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
   notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
   notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

自定义的通知脚本内容如下：
# cat notify.sh
#!/bin/bash
vip=172.16.249.100
contact='root@localhost'

notify() {
    mailsubject="`hostname` to be $1: $vip floating"
    mailbody="`date '+%F %H:%M:%S'`: vrrp transition, `hostname` changed to be $1"
    echo $mailbody | mail -s "$mailsubject" $contact
}

case "$1" in
    master)
        notify master
        exit 0
    ;;
    backup)
        notify backup
        exit 0
    ;;
    fault)
        notify fault
        exit 0
    ;;
    *)
        echo 'Usage: `basename $0` {master|backup|fault}'
        exit 1
    ;;
esac

测试keepalived的配置的ip地址能够互相流动




关闭此主机的keepalived，然后查看另一个主机的keepalived是否获得ip地址

接下来修改nginx的配置文件，使keepalived能够高可用nginx服务实现负载均衡，根据之前的准备只需要修改nginx的监听地址就可以
listen       80;
在两个主机上启动nginx服务
测试：

在keepalived目录下创建down空文件，然后主节点上的vip地址移动到备节点上



查看备用节点上的ip地址





实例二：keepalived实现lvs调度（DR模型），

首先要在两个director都实现lvs的DR模型
配置第一个主机做director：
[iyunv@lpw1 ~]# ip addr add 172.16.249.100 dev eno16777736
以另一个主机测试此地址联通性

然后配置后端两个real-server：
[iyunv@localhost ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
[iyunv@localhost ~]# echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
[iyunv@localhost ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
[iyunv@localhost ~]# echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
为每一个real-server的lo接口配置vip地址
[iyunv@localhost ~]# ifconfig lo:0 172.16.249.100/32 broadcast 172.16.249.100 up
[iyunv@localhost ~]# route add -host 172.16.249.100 dev lo:0


然后在第一个director上添加ipvs规则：
[iyunv@lpw1 ~]# ipvsadm -A -t 172.16.249.100:80 -s rr
[iyunv@lpw1 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.249.100:80 -r 172.16.249.237 -g -w 1
[iyunv@lpw1 ~]# ipvsadm -a -t 172.16.249.100:80 -r 172.16.249.233 -g -w 1

以另一个主机做客户端使用curl命令访问

然后清除此director上的VIP地址和ipvs规则
[iyunv@lpw1 ~]# ipvsadm -C
[iyunv@lpw1 ~]# ip addr 172.16.249.100 dev eno16777736
接下来在第二个director上进行同样的配置，并确保lvs能够正确调度。

然后清除此lvs规则和vip地址
然后配置keepalived实现自动生成ipvs规则
配置文件如下：
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     lpw@126.com
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL1
#   vrrp_mcast_group4 224.1.1.5
}
#vrrp_script chk_nginx {
#   script "killall -0 nginx"
#   interval 1
#   weight -2
#}
#vrrp_script chk_online {
#   script "[[ -f /etc/keepalived/down ]] && exit 1 || exit 0"
#   interval 1
#   weight -2
#}
vrrp_instance VI_nginx {
    state MASTER
    interface eno16777736
    virtual_router_id 66
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 222222
    }

    virtual_ipaddress {
        172.16.249.100/16
    }
#  track_interface {
#       eno16777736
#}
#  track_script {
#       chk_nginx
#        chk_online
#         }
   notify_master "/etc/keepalived/notify.sh master"
   notify_backup "/etc/keepalived/notify.sh backup"
   notify_fault "/etc/keepalived/notify.sh fault"
}

virtual_server 172.16.249.100 80 {  //定义vip地址和端口
    delay_loop 6  //定义调度器向后端每个多久
    lb_algo rr  //指明调度算法，支持rr|wrr|lc|wlc|lblc|sh|dh
    lb_kind DR  //指明lvs的模型，支持NAT|DR|TUN
#    persistence_timeout 50  //定义持久时长
    protocol TCP //定义使用哪种协议

#    sorry_server 192.168.200.200 1358  //定义sorr_server，当所有realserver都不在的时候提供提示的服务器。

    real_server 172.16.249.237 80 {  //定义一个realserver
        weight 1
        HTTP_GET { //定义健康状态监测的协议
                    // HTTP_GET|SSL_GET|TCP_CHECK|SMTP_CHECK|MISC_CHECK
            url {
              path  /    用来指明健康状态监测时请求的测试页面
              status_code 200  如果请求时的响应码是200就认为后端服务器正常
            }
            connect_timeout 3  //健康状态监测时的请求超时时间
            nb_get_retry 3  //向后端请求几次才认为后端real-server联系不上
            delay_before_retry 3  //每一次超时前要等待多久时长
        }
    }

    real_server 172.16.249.233 80 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /
              status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            nb_get_retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}


在两个director上启动keepalived服务
#第一个director
[iyunv@lpw1 keepalived]# systemctl start keepalived.service
[iyunv@lpw1 keepalived]# ip addr list
[iyunv@lpw1 keepalived]# ipvsadm -L -n
然后进行查看

查看第二个director上的ipvs规则和是否有vip地址。

此时第二个director上有ipvs规则但是没有vip地址
因此测试访问时通过第一个director进行调度的

此时如果手动关闭一个realserver的httpd服务，过一会时间在启动，那么就会自动实现后端健康状态监测的功能。
此时如果关闭第一个director的keepalived服务，vip地址将自动移动到第二个director上并继续提供调度服务。这就是keepalived高可用lvs的实现。





附加：以上实例二采用HTTP_GET 方式对后端realserver做讲课状态监测，也可以使用tcp方式监测，只需修改监测方法为
TCP_CHECK{                                                                    
         connect_ip <IP ADDRESS>  //指明后端realserver的ip地址，默认使用 real_server 后的地址
         connect_port <PORT>   //指明后端realserver的端口，默认使用 real_server 后的端口
         bindto <IP ADDRESS>  //如果本机有多个网卡，指明从哪个网卡发送检测报文                 
         bind_port <PORT>    //指明本机的那个端口发送检测报文               
         connect_timeout <INTEGER>  //指明检测报文的超时时间，只要指定这一项就可以达到健康状态监测功能。         
         fwmark <INTEGER>  //fwmark指的防火墙标记               
         warmup <INT> //如果后端有众多realserver时，如果按精确时间发送检测报文，可能会造成本机的网络堵塞，因此可以使用

}            // warmup 指定一个时间，表示将发送检测报文的精确时间差开一点的时间，以免造成本机堵塞。

实例三：使用keepalived实现双主模型：
! Configuration File for keepalived

global_defs {
   notification_email {
     root@localhost
     failover@firewall.loc
     sysadmin@firewall.loc
   }
   notification_email_from Alexandre.Cassen@firewall.loc
   smtp_server 127.0.0.1
   smtp_connect_timeout 30
   router_id LVS_DEVEL
}
vrrp_script chk_online {
   script "[[ -f /etc/keepalived/down ]] && exit 1 || exit 0"
   interval 1
   weight -20
}

vrrp_script chk_nginx {
    script "killall -0 nginx &> /dev/null"
    interval 1
    weight -20
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface eno16777736
    virtual_router_id 100
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 100
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.125.100/16 dev eno16777736 label eno16777736:0
    }
    track_script {
        chk_nginx
        chk_online
   }
}

vrrp_instance VI_2 {
    state BACKUP
    interface eno16777736
    virtual_router_id 110
    priority 90
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 110
    }
    virtual_ipaddress {
        172.16.125.110/16 dev eno16777736 label eno16777736:1
    }
    track_script {
        chk_nginx
        chk_online
   }
}


提示:keepalived 要实现lvs_NAT模型的高可用，根据NAT模型的原理，必须要实现VIP和DIP同时移动，因此可以定义一个vrrp_sync_group来实现多个ip绑定在一起随之在节点之间流动！
vrrp_sync_group VG_1 {
           group {
             inside_network   # name of vrrp_instance (below)
             outside_network  # One for each moveable IP.
             ...
           }