VRRP协议的工作机制介绍，Keepalived内部架构及其实现原理解析

本是古典何须时尚 2023-07-04 04:59 9阅读 0赞

**目录**

前言

Keepalived 内部架构及其实现原理解析

一、VRRP 缘起

二、关于 VRRP

三、VRRP Master-Backup

四、VRRP 工作机制

五、关于 Keepalived

六、Keepalived的三个核心模块

七、Keepalived 多进程模式

八、Keepalived 控制单元

九、Keepalived 对 IPVS 的封装

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> ### 前言 ###

Keepalived 是由 VRRP 实现的，因此博主在介绍 Keepalived 之前，首先，了解一下 VRRP 的原理，所以，本篇博客的第一部分将介绍：VRRP 的原理及其架构浅解析；第二部分主要介绍 Keepalived 的内部架构及其实现原理。

> ### Keepalived 内部架构及其实现原理解析 ###

### 一、VRRP 缘起 ###

在现实的网络环境中(比如Internet)，两台需要通信的主机(end-host)大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况，它们之间的路由怎么选择？主机如何选定到达目的主机的下一跳路由，这是个问题。通常的解决办法有两种：

1、在主机上使用动态路由协议（比如：RIP、OSPF、IS-IS、IGRP、EIGRP、BGP等）；

2、在主机上配置静态路由很

很明显，在主机上**配置动态路由协议**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。那么**配置静路由**就变得十分的流行，实际上，配置静态路由的这种方式我们至今一直在用。但是路由器（或者说默认网，Default Gateway）却经常成为单点，就算配置了多个静志路由，却因为必须重启网络才能生效而变得不实用。

### 二、关于 VRRP ###

VRRP 协议（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）的目的：**为了解决静路单点故障的问题。**

VRRP 通过**一种竞选协议**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。

两个关键的名词：**VRRP 路由器**和 **VRRP 虚拟路由器**。

VRRP 路由器：VRRP 路由器就是一台路由器，只不过上面运行了 VRRPD 这样的程序来实现 VRRP 协议，VRRP 路由器是现实的物理的路由器，一台 VRRP 路由器可以位于多个虚拟路由器。

VRRP 虚拟路由器：所谓虚拟，就是说并不是实际存在的，而是一个逻辑的路由器并不是物理的路由器。虚拟路由器通常由多台VRRP 路由器通过某种方式组成，就好比这些物理的路由器都丢到一个池(pool)里面去，整个pool对外看起来就象是一台路由器，但其内部有多台物理路由器。虚拟路由器的标识称为 **VRID**。

### 三、VRRP Master-Backup ###

在一个 VRRP 虚拟路由器中，有多台物理的 VRRP 路由器，但是几台物理的机器并不同时工作，而是由一台称为 Master 的路由器负责路由工作，其他的都是 Backup，Master 并非一成不变，VRRP 协议会让所有 VRRP 路由器参与竞选，最终获胜的就是 Master，Master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 路由器将负责转发发送给网关地址的包和响应 ARP（根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议，Address Resolution Protocol）请求。

### 四、VRRP 工作机制 ###

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。主要由虚拟路由器由 VRID（范围0-255）和一组IP地址组成，对外表现为一个众所周知的 MAC 地址（00-00-5E-00-01-\{VRID\}）。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，像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 广播的包(VRRP Advertisement message)，Backup 不会抢占 Master，除非 Backup 的优先级(priority)设值更高，当 Master 不可用时（Backup收不到广播的包），多台 Backup 中优先级最高的这台路由器会抢占为 Master，这种抢占是非常快速的(<1秒)，以保证服务的连续性。出于安全性考虑，VRRP 广播包使用了加密协议进行加密。

### 五、关于 Keepalived ###

Keepalived 是集群管理中**保证集群高可用的一个服务软件**，用来**防止单点故障**。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，或工作出现故障，Keepalived 将检测到，并将有故障的 web 服务器从系统中剔除，当 web 服务器工作正常后 Keepalived 自动将 web 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因为故障导致服务器宕机的 web 服务器。

Keepalived 是以 VRRP 协议（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）为实现基础的。虚拟路由冗余协议，可以认为是实现路由器高可用的协议，即将 N 台提供相同功能的路由器组成一个路由器组，（原理同上）这个组里面有一个 Master 和多个 Backup，Master 上面有一个对外提供服务的 VIP（Virtual IP Address，虚拟IP地址），该路由器所在局域网内其他机器的默认路由为该 VIP，Master 会发组播，当 Backup 收不到 VRRP 包时就认为 Master 宕掉了，这时就需要根据 VRRP 的优先级来选举一个 Backup 充当 Master。这样的话就可以保证路由器的高可用了。

### 六、Keepalived的三个核心模块 ###

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Keepalived 是一个高度模块化的设计的软件，Keepalived 三个核心模块分别为core、check和VRRP（当然还有：libipfwc、libipvs-2.4、libipvs-2.6）

*  **core** Keepalived的核心，负责主进程的启动、维护以及全局配置文件的加载和解析；
 *  **check** Keepalived的Healthchecker，负责健康检查，包括常见的各种检查方式，以及对应的配置的解析，其中包括了LVS的配置解析；
 *  **VRRP** Keepalived中实现VRRP协议的；

### 七、Keepalived 多进程模式 ###

Keepalived 采用了**多进程的设计模式**，每个进程负责不同的功能。

### 八、Keepalived 控制单元 ###

在 Keepalived 中，所谓的控制单元，就是对配置文件的编译和解析，Keepalived 的配置文件解析和其它不同的是，它并不是一次解析所有的配置，而是用到某个模块的时候才解析相应的配置，每个模块中的 xxx\_parser.c 就是负责解析配置文件的。

### 九、Keepalived 对 IPVS 的封装 ###

Keepalived 里面所有对 LVS（Linux Virtual Server，Linux 虚拟服务器）的相关操作并不是直接使用 ipvsadm 这样的客户端程序，而是直接使用 IPVS 提供的函数进行操作，而这些操作都存在与 check/ipwrapper.c 中。

下一篇文章：[《 Nginx+Keepalived搭建高可用Web服务器详细教程 》][Nginx_Keepalived_Web_]

参考文档：

Keepalived 官网：【[https://www.keepalived.org/][https_www.keepalived.org]】

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好了，关于 VRRP协议的工作机制介绍，Keepalived内部架构及其实现原理解析 就写到这儿了，如果还有什么疑问或遇到什么问题欢迎扫码提问，也可以给我留言哦，我会一一详细的解答的。   
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[Nginx_Keepalived_Web_]: https://blog.csdn.net/Hello_World_QWP/article/details/104447076
[https_www.keepalived.org]: https://www.keepalived.org/