虚拟IP原理

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原文链接:  http://xiaobaoqiu.github.io/blog/2015/04/02/xu-ni-iphe-ippiao-yi/

                     http://www.cnblogs.com/crazylqy/p/7741958.html

文中有两处用红色标记的文字,是博主认为错误的地方,故做了修改,若理解有误,还望指正。

                                   虚拟IP和IP漂移

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。

        一个网卡上是可以配置多个IP地址的。

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,然后给数据链路层使用。

        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172.25.0.1 )和物理机器B(IP是172.25.0.2),A作为对外服务的主服务器(比如web服务器),B作为备份机器,两台服务器之间的通信是通过 Heartbeat(心跳机制),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消息后,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:

地址                     类型    硬件地址            标志  Mask            接口
172.25.0.1            ether   ec:f4:bb:49:xx:xx   C                     eth0
172.25.0.100          ether   ec:f4:bb:49:xx:xx   C                     eth0
172.25.0.2            ether   28:e3:47:c0:xx:xx   C                     eth0
...

         另外物理机器B(IP是172.25.0.2)的ARP缓存如下:

地址                     类型    硬件地址            标志  Mask            接口
172.25.0.2            ether   ec:f4:bb:49:xx:xx   C                     eth0
172.25.0.100          ether   ec:f4:bb:49:xx:xx   C                     eth0
172.25.0.1            ether   ec:f4:bb:49:xx:xx   C                     eth0
...

        很明显主机A和主机B除了配置自己的真实IP外,都同时配置了另外一个相同的ip,我们称之为VIP(虚拟IP)。

       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,让路由器或者交换机上的ARP缓存表修改相应的映射关系,告知虚拟地址应该指向我(物理机器B,172.25.0.2),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。

      问题来了,当虚拟IP VIP在主机A上时,主机A的MAC地址为MAC_A某主机M的arp缓存中存放着一个映射关系:VIP —à MAC_A;当主机A宕机后,虚拟IP漂浮到了主机B,主机B的MAC地址为MAC_B,那么此时主机M想与虚拟IP通信时,是做不到,因为它的arp高速缓存中的虚拟IP VIP的映射还指向主机A的MAC地址。这个问题解决的思路就是当虚拟IP漂浮后,刷新所有其他主机的arp缓存,重新进行arp广播,得到最新的IP与MAC的映射关系。

     那么虚拟IP在实现漂浮后,是如何刷新所有其他主机的arp缓存的呢?

     这里就会引入另一个概念,garp()简称无端arp或者免费arp,主要是用来当某一个主机C开机时,用来确认自己的IP地址没有被人占用而做的一个检 测。广播发送这个arp,请求得到本机IP地址的MAC地址,主机C并不希望此次arp请求会有arp应答,因为应答意味着IP地址冲突了。当其他主机收 到这个arp请求后,会刷新关于这个arp请求源的主机IP地址的映射。

     免费arp的作用主要有两个:

1.      检测IP地址是否有冲突

2.      刷新其他主机关于本次IP地址的映射关系

       集群管理软件Pacemaker里面的资源代理ocf:heartbeat:IPaddr2中,在虚拟IP漂浮后,会向网络内广播发送garp请求,以此来刷新其他主机的arp缓存

3.IP漂移

       上面的VIP自动切换的过程就称之为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),一台为备份服务器(BACKUP),但是对外都表现为一个虚拟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,继续提供服务,从而保证了高可用性。

 

 

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