1. Keepalived简介

Keepalived是一种用C编写的路由软件。该软件的主要目标是为Linux系统和基于Linux的基础设施提供简单而强大的负载平衡和高可用性。软件是基于VRRP协议实现真实机器的故障隔离以及负载均衡器之间的失败却换（failover）。Keepalived是一个类似于Layer3、Layer4、Layer5交换机的软件，也就是我们平时说的三层、四层和五层交换。Keepalived的作用是检测Web服务器的状态，如果有一台Web服务器死机，或者工作出现故障，Keepalived将检测到并将故障服务器从负载均衡系统中剔除，当服务器工作正常后Keepalived会自动将服务器加入集群中。这些工作都是自动完成的，不需要人工干涉，需要人工做的只是修复故障的Web服务器。

2. Keepalived的特点

1. 与LVS具备良好兼容性，配置简洁。
2. 通过对服务器池对象的健康检查，自动隔离故障机器/服务。
3. 负载均衡器之间失效切换，通过VRRP协议实现故障VIP自动漂移。
4. iptables防火墙不影响Keepalived的正常使用，但会影响性能。

3. VRRP协议

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。

3.1 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。

3.2. VRRP工作流程

3.2.1. 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。

3.2.2.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；

3.2.3.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；

3.3. 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。

4. 应用场景

Keepalived作为优秀的HA软件，在生产环境下的Nginx、LVS、HAProxy中得到广泛应用，一般采取的都是双机方案，保证最前端负载均衡器的高可用。

5. 部署案例

5.1 Nginx+Keepalived双机主从备份

5.2 HAProxy+Keepalived双机主从备份

5.3 LVS+Keepalived主从备份