keepalived高可用软件简介和原理剖析
一、keepalived高可用软件简介
目前互联网主流的实现Web网站及数据库服务高可用软件包括： keepalived、heartbeat等。heartbeat是比较早期的实现高可用软件，而 keepalived是目前轻量级的管理方便、易用的高可用软件解决方案，得 到互联网公司IT人的青睐。
keepalived是一个类似于工作在layer3、4和7交换机制的软件， keepalived软件有两种功能，分别是监控检查、VRRP冗余协议。
keepalived的作用是检测Web服务器的状态，如果有一台Web服务 器、MySQL服务器宕机或工作出现故障，keepalived将检测到后，会将 故障的Web服务器或者MySQL服务器从系统中剔除，当服务器工作正常 后keepalived自动将Web、MySQL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故障的Web和 MySQL服务器。layer3、4和7工作在IP/TCP协议栈的IP层、传输层及应 用层，实现原理分别如下：
- layer3：keepalived使用layer3的方式工作式时，keepalived会定 期向服务器群中的服务器发送一个ICMP的数据包，如果发现某台服务 的IP地址无法ping通，keepalived便报告这台服务器失效，并将它从服务 器集群中剔除。layer3的方式是以服务器的IP地址是否有效作为服务器 工作正常与否的标准。
- layer4：layer4主要以TCP端口的状态来决定服务器工作正常与 否。如Web server的服务端口一般是80，如果keepalived检测到80端口没 有启动，则keepalived将把这台服务器从服务器群中剔除。
- layer7：layer7工作在应用层，keepalived将根据用户的设定检查 服务器程序的运行是否正常，如果与用户的设定不相符，则keepalived 将把服务器从服务器群中剔除。
二、keepalived VRRP原理剖析
keepalived是VRRP的完美实现，在学习keepalived之前，必须了解 VRRP协议的原理。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，它们之间的路由是怎 样选择的呢？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这个问题通常 的解决方法有以下两种：
- 在主机上使用动态路由协议RIP、OSPF；
- 在主机上配置静态路由。
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。因此配置静态路由就变得十分流行，但路由器 或者默认网关(default gateway)却经常成为单点，VRRP的目的就是为了 解决静态路由单点问题。VRRP通过一竞选(election)协议来动态地将路 由任务交给LAN中虚拟路由器中的某台VRRP路由器。
在VRRP虚拟路由器集群中，由多台物理的路由器组成，但是这多 台的物理路由器并不能同时工作，而是由一台称为master路由器负责路 由工作，其他的都是backup，master并非一成不变，VRRP会让每个 VRRP路由器参与竞选，最终获胜的就是master。
Master拥有一些特权，例如拥有虚拟路由器的IP地址，也即VIP， 拥有特权的master要负责转发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。所以在一组虚拟路由器集群中，不管谁是master，对外都 是相同的MAC和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。
作为master的VRRP路由器会一直发送VRRP广播包(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收不到广播包），多台backup 中优先级最高的这台会抢占为master。这种抢占是非常快速的，以保证 服务的连续性。从安全性考虑VRRP包使用了加密协议进行传输。
keepalived基于VRRP技术，将两台物理主机当成路由器，两台物理 机主机组成一个虚拟路由集群，master高的主机产生VIP，该VIP负责转 发用户发起的IP包或者负责处理用户的请求，Nginx＋keepalived组合， 用户的请求直接访问keepalived VIP地址，然后访问master相应服务和端 口。
