虚拟IP技术 ip地址漂移技术

Posted 2022-08-26 myseries

1.虚拟IP

　　在 TCP/IP 的架构下，所有想上网的电脑，不论是用何种方式连上网路，都必须要有一个唯一的 IP-address。事实上IP地址是主机硬件地址的一种抽象，简单的说，MAC地址是物理地址，IP地址是逻辑地址。

　　虚拟IP，就是一个未分配给真实主机的IP，也就是说对外提供服务器的主机除了有一个真实IP外还有一个虚IP，使用这两个IP中的任意一个都可以连接到这台主机。

　　虚拟IP一般用作达到HA(High Availability)的目的,比如让所有项目中数据库链接一项配置的都是这个虚IP，当主服务器发生故障无法对外提供服务时，动态将这个虚IP切换到备用服务器。

2.虚拟IP原理

　　ARP是地址解析协议，它的作用很简单，将一个IP地址转换为MAC地址，然后给传输层使用。

　　每台主机中都有一个ARP高速缓存，存储同一个网络内的IP地址与MAC地址的对应关 系，以太网中的主机发送数据时会先从这个缓存中查询目标IP对应的MAC地址，会向这个MAC地址发送数据。操作系统会自动维护这个缓存。

　　在Linux下可以使用arp命令操作ARP高速缓存。

　　比如存在物理机A(IP是192.168.192.54 )和物理机器B(IP是192.168.192.40)，A作为对外服务的主服务器(比如数据库主库)，B作为备份机器，两台服务器之间的通信是通过 Heartbeat，即主服务器会定时的给备份服务器发送数据包，告知主服务器服务正常，当备份服务器在规定时间内没有收到主服务器的 Heartbeat，就会认为主服务器宕机，则备份服务器就会升级为主服务器。假设物理机A的ARP缓存如下：

　　另外物理机器B(IP是192.168.192.40)的ARP缓存如下：

 

　　当机器B通过BeatHeart得知机器A对外服务质量低于预期的时候(比如发生故障，服务无响应)，会将自己的ARP缓存发送出去，让路由器修改 路由表，告知虚拟地址应该指向我(物理机器B,192.168.192.40),这时候，外界再次访问虚拟IP的时候，机器B会变成主服务器，而A降级为 备份服务器。这就完成了主从机器的自动切换，这一切对外界是透明的。

 

用LVS来分析过程

 

1、VIP（virtual ip）：用来提供virtual server服务的ip地址。分别绑定在Director一个物理网卡上（对外接收请求包）和RS的回环设备上（回环设备需要绑定两个ip，一个是127.0.0.1，另一个就是vip）。

2、DIP（director ip）：与vip绑定在一个物理网卡上，用来转发请求包到RS的RIP对应的mac上，此设备可以通过arp请求获取RIP对应的mac地址。

3、RIP（real server ip）：绑定在RS上的一个物理网卡上，用来接收从Directory转发过来的请求包。

 

　　虚IP。何为虚IP那，就是一个未分配给真实主机的IP，也就是说对外提供数据库服务器的主机除了有一个真实IP外还有一个虚IP，使用这两个IP中的 任意一个都可以连接到这台主机，所有项目中数据库链接一项配置的都是这个虚IP，当服务器发生故障无法对外提供服务时，动态将这个虚IP切换到备用主机。

 

　　开始我也不明白这是怎么实现的，以为是软件动态改IP地址，其实不是这样，其实现原理主要是靠TCP/IP的ARP协议。因为ip地址只是一个逻辑 地址，在以太网中MAC地址才是真正用来进行数据传输的物理地址，每台主机中都有一个ARP高速缓存，存储同一个网络内的IP地址与MAC地址的对应关 系，以太网中的主机发送数据时会先从这个缓存中查询目标IP对应的MAC地址，会向这个MAC地址发送数据。操作系统会自动维护这个缓存。这就是整个实现 的关键。

　　下边就是我电脑上的arp缓存的内容。

　　　(192.168.1.219) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
　　　(192.168.1.217) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
　　　(192.168.1.218) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0

 

　　192.168.1.217、192.168.1.218是两台真实的电脑，

　　192.168.1.217 （主）为对外提供数据库服务的主机。

　　192.168.1.218 （备）为热备的机器。

　　192.168.1.219为虚IP。

大家注意红字部分，219、217的MAC地址是相同的。

　　再看看那217宕机后的arp缓存

　　　(192.168.1.219) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0
　　　(192.168.1.217) at 00:21:5A:DB:68:E8 [ether] on bond0
　　　(192.168.1.218) at 00:21:5A:DB:7F:C2 [ether] on bond0 

　　这就是奥妙所在。当218 发现217宕机后会向网络发送一个ARP数据包，告诉所有主机192.168.1.219这个IP对应的MAC地址是00:21:5A:DB:7F:C2，这样所有发送到219的数据包都会发送到mac地址为00:21:5A:DB:7F:C2的机器，也就是218的机器。

 

实例设置虚ip漂移 

　　我们可以通过 Keepalived 来实现这个过程。 Keepalived 是一个基于 VRRP 协议（Virtual Router Redundancy Protocol，即虚拟路由冗余协议）来实现的LVS（负载均衡器）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），另一台为备份服务器（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，这时就需要根据 VRRP 的优先级来选举一个 backup 当 master，保证路由器的高可用，继续提供服务，从而保证了高可用性。

 

先来准备两台机器，IP地址如下：

lc1: 172.24.8.101
lc7: 172.24.8.107

　　我们现在要实现添加一个虚IP：172.24.8.150，当 lc1 机器正常时，172.24.8.150 指向 lc1，当 lc1 出现故障时指向 lc7。

　　此时通过 ping 可以看到 172.24.8.150 是无法 ping 通的。

在这两台机器上分别安装 Keepalived

$ sudo yum install -y keepalived

配置 Keepalived

lc1 的配置　　

$ cat keepalived.conf
vrrp_instance VI_1 
    state MASTER
    interface enp7s0f0
    virtual_router_id 51
    priority 101
    advert_int 1
    authentication 
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    
    virtual_ipaddress 
        172.24.8.150
    

lc7 的配置　　

vrrp_instance VI_1 
    state MASTER
    interface enp7s0f0
    virtual_router_id 51
    priority 100
    advert_int 1
    authentication 
        auth_type PASS
        auth_pass 123456
    
    virtual_ipaddress 
        172.24.8.150
    

启动 lc1 和 lc7 上的 Keepalived 服务

sudo systemctl restart keepalived.service

将 Keepalived 加入开机启动项

sudo systemctl enable keepalived.service

测试

　　通过 ping 172.24.8.150 发现已经可以通了。　　

　查看 lc1 的 IP信息

$ ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
    link/ether 6c:92:bf:0d:09:47 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.24.8.101/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 172.24.8.150/32 scope global enp7s0f0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:947/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

　　其中可以看到 inet 172.24.8.150/32 scope global enp7s0f0，说明现在 lc1 是作为虚拟IP的 master 来运行的。　　

　查看 lc7 的 IP信息

$ ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
    link/ether 6c:92:bf:0d:21:49 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.24.8.107/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:2149/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

　　此时 lc7 中没有虚拟IP 的信息。　　

验证 Failover

　我们手动停止 lc1 上的 Keepalived 服务：

sudo systemctl stop keepalived.service

　此时 lc1 的 IP信息为：

$ ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
    link/ether 6c:92:bf:0d:09:47 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.24.8.101/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:947/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

　　可以看到 lc1 已经不在有 虚拟IP 的信息了。　　

　　

　查看 lc7 的 IP信息：

ip addr show enp7s0f0
2: enp7s0f0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP qlen 1000
    link/ether 6c:92:bf:0d:21:49 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.24.8.107/24 brd 172.24.8.255 scope global enp7s0f0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 172.24.8.150/32 scope global enp7s0f0
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::6e92:bfff:fe0d:2149/64 scope link
       valid_lft forever preferred_lft forever

　　可以看到 lc7 的 IP信息中 已经有虚拟IP 172.24.8.150 的信息了。

　　此时如果再把 lc1 上的 Keepalived 启动，可以看到 虚拟IP 又重新绑定到了 lc1 上。