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Keepalived實現LVS（DR模式）+自動後端健康檢測

阿新 • • 發佈：2019-01-20

上一篇部落格《Keepalived實現NAT+LVS+後端健康檢測》簡單介紹了NAT模式的LVS搭建步驟，下面介紹一下使用更普遍、網路結構更簡單的DR模式搭建方法。

不同與NAT模式，DR模式不需要跨兩個網段，負載均衡伺服器和真實Web伺服器還有客戶端都可以放在同一個網段裡，對網路的複雜性要求降低，而且有一個好處是負載量會提高，因為資料流量不需要通過負載均衡器進行路由，使負載均衡器不會產生瓶頸。但是也有缺點，一是真實Web伺服器需要修改自己的lo網絡卡，這樣需要對真實web伺服器進行一些網路配置，另一個是無法實現NAT中的埠對映功能，比如負載均衡器開放的是80埠，那麼後端的真實Web伺服器也必須開放80埠，而在NAT模式下，對後端伺服器的埠沒有限制。

首先介紹一下網路分配

伺服器 真實地址 虛擬地址 閘道器地址
Keepalived主伺服器 10.100.100.89 10.100.100.200 10.100.100.1
Keepalived備伺服器 10.100.100.88 10.100.100.200 10.100.100.1
真實HTTP服務1 10.100.100.101 10.100.100.200 10.100.100.1
真實HTTP服務2 10.100.100.102 10.100.100.200 10.100.100.1

在這個網路中，所有網路流量都通過閘道器10.100.100.1進行進出，客戶端訪問地址為虛擬地址10.100.100.200，客戶端的請求到達keepalived後，會修改資料包的MAC地址然後傳送給兩臺真實HTTP伺服器，真實HTTP由於也配有虛擬地址，所以會正常接收這個資料包，然後返回流量通過閘道器直接返回給使用者而非流經負載均衡器再走閘道器，所以負載均衡器的壓力相對NAT模式大大減小。負載均衡器和HTTP伺服器均只開放8080埠。因為DR模式下開放的埠必須一致。

在真實Web伺服器上因為要設定lo網絡卡上的虛擬ip，並關閉arp響應（如果不關閉，那麼所有使用vip的伺服器就會造成IP衝突或者說是ARP欺騙），方法很簡單，直接寫一個指令碼即可，並且還可以開機自啟

vi  /etc/init.d/realserver

SNS_VIP=10.100.100.200
#/etc/rc.d/init.d/functions
case "$1" in
start)
       ifconfig lo:0 $SNS_VIP netmask 255.255.255.255 broadcast $SNS_VIP
       /sbin/route add -host $SNS_VIP dev lo:0
       echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
       echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
       echo "1" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
       echo "2" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
       sysctl -p >/dev/null 2>&1
       echo "RealServer Start OK"
       ;;
stop)
       ifconfig lo:0 down
       route del $SNS_VIP >/dev/null 2>&1
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_ignore
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/lo/arp_announce
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
       echo "0" >/proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce
       echo "RealServer Stoped"
       ;;
*)
       echo "Usage: $0 {start|stop}"
       exit 1
esac
exit 0

增加可執行許可權

chmod 755 /etc/init.d/realserver

然後啟動很方便，因為已經註冊為了linux服務

service realserver start

或者

/etc/init.d/realserver start

下面是keepalived主機的配置檔案

! Configuration File for keepalived

global_defs {
   router_id LVS_MASTER
   vrrp_skip_check_adv_addr
   #vrrp_strict
   vrrp_garp_interval 0
   vrrp_gna_interval 0
}

vrrp_instance VI_1 {
    state MASTER
    interface ens192
    virtual_router_id 91
    priority 100
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.100.100.200
    }
}

virtual_server 10.100.100.200 8080 {
    delay_loop 15
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
	nat_mask 255.255.255.0
    protocol TCP

    real_server 10.100.100.101 8080 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /hello
              digest d7f986677d9f563bd1794b09d82206a3
			  status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
	
	real_server 10.100.100.102 8080 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /hello
              digest 3dc49f3f365e728446c8f8df2475464d
			  status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
}

啟動命令

service keepalived start

keepalived主的啟動日誌如下 /var/log/message

Jul 27 22:26:27 lvsnat1 systemd: Starting LVS and VRRP High Availability Monitor...
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived[7331]: Starting Keepalived v2.0.6 (07/23,2018)
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived[7331]: Running on Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 #1 SMP Fri Apr 20 16:44:24 UTC 2018 (built for Linux 3.10.0)
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived[7331]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived[7332]: Starting Healthcheck child process, pid=7333
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 systemd: Started LVS and VRRP High Availability Monitor.
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived[7332]: Starting VRRP child process, pid=7334
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Unknown keyword 'nat_mask'
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Gained quorum 1+0=1 <= 2 for VS [10.100.100.200]:tcp:8080
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Activating healthchecker for service [10.100.100.101]:tcp:8080 for VS [10.100.100.200]:tcp:8080
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Activating healthchecker for service [10.100.100.102]:tcp:8080 for VS [10.100.100.200]:tcp:8080
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Registering Kernel netlink reflector
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Registering Kernel netlink command channel
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Assigned address 10.100.100.89 for interface ens192
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Assigned address fe80::7602:aaf3:d259:a375 for interface ens192
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Registering gratuitous ARP shared channel
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) removing VIPs.
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) Entering BACKUP STATE (init)
Jul 27 22:26:27 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), unicast(0), fd(8,9)]
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) Receive advertisement timeout
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) Entering MASTER STATE
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) setting VIPs.
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) Sending/queueing gratuitous ARPs on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:31 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:36 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:36 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: (VI_1) Sending/queueing gratuitous ARPs on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:36 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:36 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:36 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 27 22:26:36 lvsnat1 Keepalived_vrrp[7334]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200

由於添加了頁面MD5值來判斷服務的可用性，於是我們修改頁面，模擬http服務頁面錯誤，觀察keepalived的日誌

Jul 27 22:28:34 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: MD5 digest error to server [10.100.100.102]:tcp:8080.
Jul 27 22:28:37 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: MD5 digest error to server [10.100.100.102]:tcp:8080.
Jul 27 22:28:40 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: MD5 digest error to server [10.100.100.102]:tcp:8080.
Jul 27 22:28:43 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: MD5 digest error to server [10.100.100.102]:tcp:8080.
Jul 27 22:28:43 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Check on service [10.100.100.102]:tcp:8080 failed.
Jul 27 22:28:43 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Removing service [10.100.100.102]:tcp:8080 to VS [10.100.100.200]:tcp:8080

可以看到在多次檢查MD5值錯誤之後，keepalived將真實伺服器移出列表，再次之後就訪問不到這個伺服器上的HTTP服務了。但是在這之前是可以訪問到錯誤頁面的。

然後我們再把真實伺服器的頁面內容改回來，模擬服務恢復正常，觀察keepalived的日誌

ul 27 23:55:16 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: MD5 digest success to [10.100.100.102]:tcp:8080 url(1).
Jul 27 23:55:16 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Remote Web server [10.100.100.102]:tcp:8080 succeed on service.
Jul 27 23:55:16 lvsnat1 Keepalived_healthcheckers[7333]: Adding service [10.100.100.102]:tcp:8080 to VS [10.100.100.200]:tcp:8080

然後又可以正常的負載均衡了。

下面再看一下備機的配置檔案寫法

! Configuration File for keepalived
 
global_defs {
   router_id LVS_BACKUP            #BACKUP上修改為LVS_BACKUP
}
 
vrrp_instance VI_1 {
    state BACKUP                   #BACKUP上修改為BACKUP
    interface ens192               #此處是要繫結虛擬IP的網絡卡名稱
    virtual_router_id 91           #此處要與master一致
    priority 80                    #BACKUP上修改為80
    advert_int 1
    authentication {
        auth_type PASS
        auth_pass 1111
    }
    virtual_ipaddress {
        10.100.100.200             #此處要與master一致
    }
}

 
virtual_server 10.100.100.200 8080 {
    delay_loop 15
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP
 
    real_server 10.100.100.101 8080 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /hello
              digest d7f986677d9f563bd1794b09d82206a3
			  status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
	
	real_server 10.100.100.102 8080 {
        weight 1
        HTTP_GET {
            url {
              path /hello
              digest 3dc49f3f365e728446c8f8df2475464d
			  status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

啟動日誌

Jul 28 00:32:15 lvsdr1 systemd: Starting LVS and VRRP High Availability Monitor...
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived[1811]: Starting Keepalived v2.0.6 (07/23,2018)
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived[1811]: Running on Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 #1 SMP Fri Apr 20 16:44:24 UTC 2018 (built for Linux 3.10.0)
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived[1811]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived[1811]: WARNING - 1 missing '}'(s) in the config file(s)
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived[1812]: Starting Healthcheck child process, pid=1813
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 systemd: Started LVS and VRRP High Availability Monitor.
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived[1812]: Starting VRRP child process, pid=1814
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_healthcheckers[1813]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_healthcheckers[1813]: Gained quorum 1+0=1 <= 2 for VS [10.100.100.200]:tcp:8080
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_healthcheckers[1813]: Activating healthchecker for service [10.100.100.101]:tcp:8080 for VS [10.100.100.200]:tcp:8080
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_healthcheckers[1813]: Activating healthchecker for service [10.100.100.102]:tcp:8080 for VS [10.100.100.200]:tcp:8080
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Registering Kernel netlink reflector
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Registering Kernel netlink command channel
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Opening file '/etc/keepalived/keepalived.conf'.
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: WARNING - 1 missing '}'(s) in the config file(s)
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Assigned address 10.100.100.88 for interface ens192
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Assigned address fe80::7602:aaf3:d259:a375 for interface ens192
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Registering gratuitous ARP shared channel
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) removing VIPs.
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Entering BACKUP STATE (init)
Jul 28 00:32:15 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: VRRP sockpool: [ifindex(2), proto(112), unicast(0), fd(8,9)]

可以看到，沒有廣播VIP的ARP，並且沒有繫結VIP的地址，如下

[[email protected] ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens192: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:50:56:be:8d:18 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.100.100.88/24 brd 10.100.100.255 scope global noprefixroute ens192
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7602:aaf3:d259:a375/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

然後我們此時停掉主keepalived，看備伺服器能否順利接管VIP，日誌如下

Jul 28 00:32:36 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Backup received priority 0 advertisement
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Receive advertisement timeout
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Entering MASTER STATE
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) setting VIPs.
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Sending/queueing gratuitous ARPs on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:37 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:42 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:42 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Sending/queueing gratuitous ARPs on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:42 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:42 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:42 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200
Jul 28 00:32:42 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: Sending gratuitous ARP on ens192 for 10.100.100.200

可以看到，備機已經偵測到主機掛掉，並順利接管了VIP

[[email protected] ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens192: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:50:56:be:8d:18 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 10.100.100.88/24 brd 10.100.100.255 scope global noprefixroute ens192
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet 10.100.100.200/32 scope global ens192
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::7602:aaf3:d259:a375/64 scope link noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever

然後我們啟動keepalived主伺服器，觀察備伺服器能否主動將VIP讓出

Jul 28 00:36:30 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Master received advert from 10.100.100.89 with higher priority 100, ours 80
Jul 28 00:36:30 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) Entering BACKUP STATE
Jul 28 00:36:30 lvsdr1 Keepalived_vrrp[1814]: (VI_1) removing VIPs.

可以看到，VIP已經成功從備伺服器上摘除

另外，Keepalived非常的只能，在檢測到real server故障之後不僅可以自動切換，自動維護LVS列表，而且可以通過呼叫指令碼的方式執行命令，實現報警和日誌記錄的功能，方法很簡單。

對於real server的切換，我們在/etc/keepalived目錄下建立如下四個檔案

web1down.sh  web1up.sh  web2down.sh  web2up.sh

內容類似下面的web1down.sh：

#!/bin/bash
echo "`date` web1 down" >> /tmp/lvs.log

這樣就實現了一個切換日誌記錄的功能，你也可以在指令碼中加入其他的報警命令。

然後在keepalived.conf中的後端server部分加入兩行，分別是notify_up和notify_down，如下

virtual_server 10.100.100.200 8080 {
    delay_loop 15
    lb_algo rr
    lb_kind DR
    persistence_timeout 50
    protocol TCP
 
    real_server 10.100.100.101 8080 {
        weight 1
		notify_up /etc/keepalived/web1up.sh
        notify_down /etc/keepalived/web1down.sh
        HTTP_GET {
            url {
              path /hello
              digest d7f986677d9f563bd1794b09d82206a3
			  status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }
	
	real_server 10.100.100.102 8080 {
        weight 1
		notify_up /etc/keepalived/web2up.sh
        notify_down /etc/keepalived/web2down.sh
        HTTP_GET {
            url {
              path /hello
              digest 3dc49f3f365e728446c8f8df2475464d
			  status_code 200
            }
            connect_timeout 3
            retry 3
            delay_before_retry 3
        }
    }

就實現了real server切換的報警和日誌記錄功能。同樣可以對keepalived主機備機切換記錄日誌和報警，具體指令碼寫法請參考另一篇部落格《Haproxy加持KeepAlived+程序自動檢測》

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