一 Keepalived 定義
Keepalived 是一個基於VRRP協議來實現的LVS服務高可用方案，能夠解決靜態路由出現的單點故障問題。一個LVS服務會有2臺服務器運行Keepalived，一臺爲主服務器（MASTER），一臺爲備份服務器（BACKUP），可是對外表現爲一個虛擬IP，主服務器會發送特定的消息給備份服務器，當備份服務器收不到這個消息的時候，即主服務器宕機的時候，備份服務器就會接管虛擬IP，繼續提供服務，從而保證了高可用性。
二 VRRP 協議簡介
在實際網絡環境中，主機之間的通訊一般都是經過配置靜態路由協議完成的。但配置靜態路由卻常常成爲單點故障。VRRP的目的就是爲了解決靜態路由單點故障問題，VRRP經過一競選(election)協議來動態的將路由任務交給LAN中虛擬路由器中的某臺VRRP路由器。
三 VRRP 工做機制
在一個VRRP虛擬路由器中，有多臺物理的VRRP路由器協同工做，同一時間只有一臺稱爲MASTER的負責路由工做，其它的都是BACKUP，MASTER並不是一成不變，VRRP讓每一個VRRP路由器參與競選，最終獲勝的就是MASTER，它擁有對外服務的虛擬IP，提供各類網絡功能，如數據轉發、ICMP、ARP。而其餘路由器不擁有對外的虛擬IP，也不提供對外網絡功能，僅僅接受MMASTER的VRRP狀態通告信息，這些路由器稱爲備份路由器。
VRRP經過競選協議來實現虛擬路由器的功能，全部的協議報文都是經過IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式發送的。虛擬路由器由VRID(範圍0-255)和一組IP地址組成，對外表現爲一個周知的MAC地址。因此，在一個虛擬路由器中，無論誰是MASTER，對外都是相同的MAC和IP(稱之爲VIP)。客戶端主機並不須要由於MASTER的改變而修改本身的路由配置，對客戶端來講，這種主從的切換是透明的。
在一個虛擬路由器中，只有做爲MASTER的VRRP路由器會一直髮送VRRP通告信息(VRRPAdvertisement message)，BACKUP不會搶佔MASTER，除非它的優先級(priority)更高。當MASTER不可用時(BACKUP收不到通告信息)，多臺BACKUP中優先級最高的這臺會被搶佔爲MASTER。這種搶佔是很是快速的(<1s)，以保證服務的連續性。因爲安全性考慮，VRRP包使用了加密協議進行加密。
四 VRRP 工做流程
(1).初始化
路由器啓動時，若是路由器的優先級是255(最高優先級，路由器擁有路由器地址)，要發送VRRP通告信息，併發送廣播ARP信息通告路由器IP地址對應的MAC地址爲路由虛擬MAC，設置通告信息定時器準備定時發送VRRP通告信息，轉爲MASTER狀態；不然進入BACKUP狀態，設置定時器檢查定時檢查是否收到MASTER的通告信息。
(2).Master
- 設置定時通告定時器；
- 用VRRP虛擬MAC地址響應路由器IP地址的ARP請求；
- 轉發目的MAC是VRRP虛擬MAC的數據包；
- 若是是虛擬路由器IP的擁有者，將接受目的地址是虛擬路由器IP的數據包，不然丟棄；
- 當收到shutdown的事件時刪除定時通告定時器，發送優先權級爲0的通告包，轉初始化狀態；
- 若是定時通告定時器超時時，發送VRRP通告信息；
- 收到VRRP通告信息時，若是優先權爲0，發送VRRP通告信息；不然判斷數據的優先級是否高於本機，或相等並且實際IP地址大於本地實際IP，設置定時通告定時器，復位主機超時定時器，轉BACKUP狀態；不然的話，丟棄該通告包。
(3).Backup
- 設置主機超時定時器；
- 不能響應針對虛擬路由器IP的ARP請求信息；
- 丟棄全部目的MAC地址是虛擬路由器MAC地址的數據包；
- 不接受目的是虛擬路由器IP的全部數據包；
- 當收到shutdown的事件時刪除主機超時定時器，轉初始化狀態；
- 主機超時定時器超時的時候，發送VRRP通告信息，廣播ARP地址信息，轉MASTER狀態；
- 收到VRRP通告信息時，若是優先權爲0，表示進入MASTER選舉；不然判斷數據的優先級是否高於本機，若是高的話認可MASTER有效，復位主機超時定時器；不然的話，丟棄該通告包。
(4).ARP查詢處理
當內部主機經過ARP查詢虛擬路由器IP地址對應的MAC地址時，MASTER路由器回覆的MAC地址爲虛擬的VRRP的MAC地址，而不是實際網卡的MAC地址，這樣在路由器切換時讓內網機器覺察不到；而在路由器從新啓動時，不能主動發送本機網卡的實際MAC地址。若是虛擬路由器開啓的ARP代理 (proxy_arp)功能，代理的ARP也迴應VRRP虛擬MAC地址。
五 Keepalived工做原理
Keepalived工做在TCP/IP模型的第3、四和五層，即網絡層、傳輸層和應用層。其運行機制以下：
網絡層，Keepalived採用ICMP協議向服務器集羣中的每一個節點發送一個ICMP的數據包，若是某個節點沒有返回響應數據包，則認爲此節點發生了故障，Keepalived將報告次節點失效，並從服務器集羣中剔除故障節點。
傳輸層，Keepalived利用你TCP的端口鏈接和掃描技術來判斷集羣節點是否正常。如常見的web服務默認端口80，ssh默認端口22等。Keepalived一旦在傳輸層探測到相應端口沒用響應數據返回，則認爲此端口發生異常，從而將此端口對應的節點從服務器集羣中剔除。
應用層，能夠運行FTP、telnet、smtp、dns等各類不一樣類型的高層協議，Keepalived的運行方式也更加全面化和複雜化，用戶能夠經過自定義Keepalived的工做方式，來設定監測各類程序或服務是否正常，若監測結果與設定的正常結果不一致，將此服務對應的節點從服務器集羣中剔除。
六 Keepalived體系架構
Keepalived的功能體系結構，大體分兩層：用戶空間（user space）和內核空間（kernel space）。
內核空間：主要包括IPVS：IP虛擬服務器，用於實現網絡服務的負載均衡；
NETLINK：提供高級路由及其餘相關的網絡功能。
用戶空間：
- WatchDog：負載監控checkers和VRRP進程的情況
- VRRP Stack：負載負載均衡器之間的失敗切換FailOver，若是隻用一個負載均稀器，則VRRP不是必須的。
- Checkers：負責真實服務器的健康檢查healthchecking，是keepalived最主要的功能。換言之，能夠沒有VRRP Stack，但健康檢查healthchecking是必定要有的。
- IPVS wrapper：用戶發送設定的規則到內核ipvs代碼
- Netlink Reflector：用來設定vrrp的vip地址等。
注意：Keepalived的全部功能是配置keepalived.conf文件來實現的。
參考文檔：http://www.keepalived.org/