虚拟IP技术

| 分类 大型系统架构  深入学习之网络原理  | 标签 keepalived  ARP  MAC  VRRP  虚拟路由冗余协议  路由  飘移IP  虚拟IP  VIP  网络协议  路由器  LB  负载均衡  LoadBalance 

上一篇介绍了使用 [DNS轮询 + master-nginx + shadow-nginx + keeplived + virtual IP] 技术来实现反向代理层的高可用与高并发

本文就着重介绍一下virtual IP 技术!virtual IP 的实现方案有多种,这里介绍几种主流的实现方式

通过ARP协议实现VIP

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

比如下面是机器A 上的 ARP 缓存

(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 为对外提供服务的主机;192.168.1.218 为热备的机器;192.168.1.219 为虚IP

注意此时219(VIP)、217 的MAC 地址是相同的

假如217 宕机了,218 检测到217 心跳挂了,于是启动切换。218 会进行ARP 广播,让VIP 对应的MAC 地址变成自己的MAC 地址。于是,机器A 上的ARP 缓存就变成这样了

(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

注意现在219(VIP)、218 的MAC 地址是相同的了

不需要人手工修改机器A 的配置,即可实现自动切换的效果!

这是一种简单的VIP 实现,通过MAC 的更改来实现切换。但也有一些局限性,因为实现于MAC 层,所以无法跨网段。也无法屏蔽掉后面的服务器的IP 地址

想想上一篇介绍的场景,nginx 的IP 是要暴露到外网的,所以这种方案的VIP 可以吗?

不过这种方案在内网做MySQL、Redis 的冗余还是可行的!

为什么就需要Mac地址又需要IP地址?

假如局域网中有计算机A、计算机B,以及一个唯一与外网连通的路由器,局域网外面是远在他方的百度。当计算机A 想要连接百度时,计算机A 就先发出一个连接百度的请求谁的IP 地址是220.181.57.217,但因为百度在外网,并不在局域网内,所以局域网内部没有人能够回应它的请求!

那正确的做法是怎么样的呢?

正确的做法就是用两种地址,首先使用MAC 地址访问路由器,然后用路由器作为中转站去访问百度的IP 地址!

现实中数据包通过网络中的各种设备(路由器、服务器、交换机、网关等),经过数次的转发,从一端传达到另一端

路由

基于VRRP协议实现VIP

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol,虚拟路由器冗余协议),VRRP 是为了解决静态路由的高可用。虚拟路由器由多个路由器组成,每个路由器都有各自的IP 和共同的VRIP(0-255),其中每个VRRP 路由器通过竞选成为Master,占有VIP,对外提供路由服务,其他成为Backup,Master 以IP 组播形式发送VRRP 协议包,与Backup 保持心跳连接,若Master 不可用(或Backup 接收不到VRRP 协议包),则Backup通过竞选产生新的Master,并继续对外提供路由服务,从而实现高可用

Keepalived 是Linux 下面实现VRRP 备份路由的高可靠性运行件。基于Keepalived 设计的服务模式能够真正做到主服务器和备份服务器故障时IP 瞬间无缝交接。二者结合,可以构架出比较稳定的软件LB 方案!

keeplived

参考资料




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