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Linux 高可用(HA)集群之Keepalived详解

[日期:2013-08-22] 来源:Linux社区  作者:freeloda [字体: ]

大纲
一、前言
二、Keepalived 详解
三、环境准备
四、LVS+Keepalived 实现高可用的前端负载均衡器


一、前言
      这篇文章是前几篇文章的总结,我们先简单的总结一下我们前面讲解的内容,前面我们讲解了,LVS(负载均衡器)、Heartbeat、Corosync、Pacemaker、Web高可用集群、MySQL高可用集群、DRDB、iscsi、gfs2、cLVM等,唯一没有讲解的就是LVS可用,也就是前端高可用,我们这一篇博文主要讲解内容。在说这个之前我们得和大家讨论一个问题,也是好多博友问的问题。Heartbeat、Corosync、Keepalived这三个集群组件我们到底选哪个好,首先我想说明的是,Heartbeat、Corosync是属于同一类型,Keepalived与Heartbeat、Corosync,根本不是同一类型的。Keepalived使用的vrrp协议方式,虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol,简称VRRP);Heartbeat或Corosync是基于主机或网络服务的高可用方式;简单的说就是,Keepalived的目的是模拟路由器的高可用,Heartbeat或Corosync的目的是实现Service的高可用。所以一般Keepalived是实现前端高可用,常用的前端高可用的组合有,就是我们常见的LVS+Keepalived、Nginx+Keepalived、HAproxy+Keepalived。而Heartbeat或Corosync是实现服务的高可用,常见的组合有Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+Httpd 实现Web服务器的高可用、Heartbeat v3(Corosync)+Pacemaker+NFS+MySQL 实现MySQL服务器的高可用。总结一下,Keepalived中实现轻量级的高可用,一般用于前端高可用,且不需要共享存储,一般常用于两个节点的高可用。而Heartbeat(或Corosync)一般用于服务的高可用,且需要共享存储,一般用于多节点的高可用。这个问题我们说明白了,又有博友会问了,那heartbaet与corosync我们又应该选择哪个好啊,我想说我们一般用corosync,因为corosync的运行机制更优于heartbeat,就连从heartbeat分离出来的pacemaker都说在以后的开发当中更倾向于corosync,所以现在corosync+pacemaker是最佳组合。但说实话我对于软件没有任何倾向性,所以我把所有的集群软件都和大家说了一下,我认为不管什么软件,只要它能存活下来都有它的特点和应用领域,只有把特定的软件放在特定的位置才能发挥最大的作用,那首先我们得对这个软件有所有了解。学习一种软件的最好方法,就是去查官方文档。好了说了那么多希望大家有所收获,下面我们来说一说keepalived。

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二、Keepalived 详解
1.Keepalived 定义
      Keepalived 是一个基于VRRP协议来实现的LVS服务高可用方案,可以利用其来避免单点故障。一个LVS服务会有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。Keepalived是VRRP的完美实现,因此在介绍keepalived之前,先介绍一下VRRP的原理。
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,在主机上配置动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)却经常成为单点故障。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。
3.VRRP 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,对客户端来说,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通告信息(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收不到通告信息), 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。
4.VRRP 工作流程
(1).初始化:   
路由器启动时,如果路由器的优先级是255(最高优先级,路由器拥有路由器地址),要发送VRRP通告信息,并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC,设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息,转为MASTER状态;否则进入BACKUP状态,设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。
(2).Master
设置定时通告定时器;

用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求;

转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包;

如果是虚拟路由器IP的拥有者,将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包,否则丢弃;

当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器,发送优先权级为0的通告包,转初始化状态;

如果定时通告定时器超时时,发送VRRP通告信息;

收到VRRP通告信息时,如果优先权为0,发送VRRP通告信息;否则判断数据的优先级是否高于本机,或相等而且实际IP地址大于本地实际IP,设置定时通告定时器,复位主机超时定时器,转BACKUP状态;否则的话,丢弃该通告包;

(3).Backup
设置主机超时定时器;

不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息;

丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包;

不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包;

当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器,转初始化状态;

主机超时定时器超时的时候,发送VRRP通告信息,广播ARP地址信息,转MASTER状态;

收到VRRP通告信息时,如果优先权为0,表示进入MASTER选举;否则判断数据的优先级是否高于本机,如果高的话承认MASTER有效,复位主机超时定时器;否则的话,丢弃该通告包;

5.ARP查询处理
      当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时,MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址,而不是实际网卡的 MAC地址,这样在路由器切换时让内网机器觉察不到;而在路由器重新启动时,不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能,代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址;好了VRRP的简单讲解就到这里,我们下来讲解一下Keepalived的案例。

三、环境准备
1.操作系统
CentOS 6.4 X86_64

2.软件版本
ipvsadm.x86_64 0:1.25-10.el6                 

keepalived.x86_64 0:1.2.7-3.el6     

httpd-2.2.15-29.el6.centos.x86_64

3.实验拓扑

4.时间同步
node1:
[root@node1 ~]# ntpdate 202.120.2.101

node2:
[root@node2 ~]# ntpdate 202.120.2.101

master:
[root@master ~]# ntpdate 202.120.2.101

slave:
[root@slave ~]# ntpdate 202.120.2.101

5.主机名互相解析
node1:
[root@node1 ~]# cat /etc/hosts 
127.0.0.1  localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4   
::1        localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6   
192.168.18.201    node1.test.com    node1   
192.168.18.202    node2.test.com    node2

node2:
[root@node2 ~]# cat /etc/hosts 
127.0.0.1  localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4   
::1        localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6   
192.168.18.201    node1.test.com    node1   
192.168.18.202    node2.test.com    node2

6.安装yum源
node1:
[root@node1 ~]# rpm -ivh http://download.Fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@node1 ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

node2:
[root@node2 ~]# rpm -ivh http://download.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@node2 ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

master:
[root@master ~]# rpm -ivh http://download.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@master ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

slave:
[root@slave ~]# rpm -ivh http://download.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm
[root@slave ~]# rpm -ivh http://elrepo.org/elrepo-release-6-5.el6.elrepo.noarch.rpm

接下来请看第2页的精彩内容http://www.linuxidc.com/Linux/2013-08/89227p2.htm

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