Keepalived 高可用VRRP笔记

笔记说明：本文档旨在系统性地梳理Keepalived的核心概念、底层VRRP协议、安装配置方法，并提供从基础虚拟路由到LVS集成的多阶段实验步骤，作为学习和配置Keepalived实现高可用的参考手册。

一、理论基础与概述

1.1 高可用核心目标

Keepalived的核心目标是解决单点故障（SPoF） 问题，通过冗余机制保障服务持续可用。

• 可用性指标（SLA）

  • 公式 ：可用性 A = MTBF / (MTBF + MTTR)

    • MTBF (平均无故障时间)：追求更长。

    • MTTR (平均故障恢复时间)：追求更短，是高可用设计的核心。

  • 常见标准：

    可用性级别	月停机时间	年停机时间
    99.9%	43.2 分钟	8.76 小时
    99.99%	4.32 分钟	52.56 分钟
    99.999%	25.92 秒	5.26 分钟

1.2 VRRP（虚拟路由冗余协议）

VRRP是Keepalived的底层核心协议，用于将多台路由器（或服务器）虚拟成一个，避免网关单点故障。

• 关键术语

  • VRID：虚拟路由器ID，同一组高可用节点中的VRID必须一致。

  • VIP（虚拟IP）：对外提供服务的IP，是故障时在节点间漂移的核心对象。

  • Master/Backup：主/备节点，角色由优先级决定。

  • Priority（优先级）：范围1-254，值越高越可能成为Master。

• 工作模式

  • 抢占式（默认）：优先级更高的Master恢复后，会重新抢占VIP。

  • 非抢占式：即使原Master恢复，也不主动抢占，由当前Master继续服务。

1.3 Keepalived核心架构

• 是什么：VRRP协议的开源实现，原生为LVS（IPVS）设计，现已扩展支持Nginx、HAProxy等任意服务的高可用。

• 核心功能

  1. VIP管理：基于VRRP实现VIP的自动漂移。

  2. LVS集成：自动为IPVS集群生成规则并做健康检查。

  3. 服务监测：通过外部脚本监测任意第三方服务。

  4. 故障通知：触发邮件或自定义脚本。

1.4 安装与配置概览

• 安装 ：dnf install keepalived -y

• 主配置文件 ：/etc/keepalived/keepalived.conf

• 核心配置段：

  • global_defs：全局设置（如邮件通知、router_id）。

  • vrrp_instance：VRRP实例定义，是配置VIP、角色、认证的核心。

  • virtual_server：LVS配置段（可选）。

• 关键参数说明：

  • vrrp_strict：严格遵守VRRP协议，生产环境通常注释掉，否则可能导致无法ping通VIP或单播模式失败。

  • vrrp_mcast_group4：VRRP组播地址，默认224.0.0.18。

二、基础环境搭建

2.1 实验环境规划

• Web服务器：

  • rs1 (172.25.254.10): 提供Web服务，首页标识 "RS1 - 172.25.254.10"

  • rs2 (172.25.254.20): 提供Web服务，首页标识 "RS2 - 172.25.254.20"

• Keepalived节点：

  • KA1 (172.25.254.50)

  • KA2 (172.25.254.60)

• 虚拟IP（VIP）：

  • 172.25.254.100（用于Web服务）

  • 172.25.254.200（用于后续DB实验）

2.2 基础配置步骤

1. 配置主机名与IP（所有节点）

   # 示例：在 rs1 上
   vmset.sh eth0 172.25.254.10 rs1
   dnf install httpd -y
   echo "RS1 - 172.25.254.10" > /var/www/html/index.html
   systemctl enable --now httpd

2. 配置本地解析（在KA1操作，并同步）

   vim /etc/hosts
   # 添加以下内容
   172.25.254.50 KA1
   172.25.254.60 KA2
   172.25.254.10 rs1
   172.25.254.20 rs2
   # 同步到其他节点
   for i in 60 10 20; do scp /etc/hosts 172.25.254.$i:/etc/hosts; done

3. 配置时间同步（以KA1为服务器）

   • 在KA1上配置Chrony允许同步并重启服务。

   • 在KA2 上配置指向KA1 (pool 172.25.254.50 iburst)，并用chronyc sources -v验证。

三、基础虚拟路由配置

3.1 安装与主节点（KA1）配置

1. 安装Keepalived（KA1和KA2）

   dnf install keepalived.x86_64 -y

2. 配置KA1为Master

   vim /etc/keepalived/keepalived.conf

   keepalived

   global_defs {
       notification_email {
           yunlei713@qq.com
       }
       notification_email_from yunlei713@qq.com
       smtp_server 127.0.0.1
       smtp_connect_timeout 30
       router_id KA1
       vrrp_skip_check_adv_addr
       # vrrp_strict  # 生产环境通常注释掉
       vrrp_garp_interval 1
       vrrp_gna_interval 1
       vrrp_mcast_group4 224.0.0.44
   }
   
   vrrp_instance WEB_VIP {
       state MASTER
       interface eth0
       virtual_router_id 51
       priority 100
       advert_int 1
       authentication {
           auth_type PASS
           auth_pass 1111
       }
       virtual_ipaddress {
           172.25.254.100/24 dev eth0 label eth0:0
       }
   }

   bash

   systemctl enable --now keepalived

3.2 配置备节点（KA2）与验证

1. 配置KA2为Backup

   keepalived

   global_defs {
       ... # 类似KA1，router_id建议改为KA2
   }
   vrrp_instance WEB_VIP {
       state BACKUP      # 角色为BACKUP
       interface eth0
       virtual_router_id 51
       priority 80       # 优先级低于Master
       ...               # 其他认证、IP等配置与Master一致
   }

   systemctl enable --now keepalived

2. 验证高可用

   • 查看VIP ：在KA1上执行 ifconfig eth0:0 应看到VIP；在KA2上应看不到。

   • 抓包观察 ：tcpdump -i eth0 -nn host 224.0.0.44 可看到Master定期发送的VRRP通告。

   • 模拟故障 ：停止KA1的Keepalived服务 (systemctl stop keepalived)，稍后在KA2上执行 ifconfig eth0:0，应看到VIP已漂移至KA2。

3.3 日志分离配置

将Keepalived日志从系统日志中独立出来，便于排查。

1. 修改启动参数

   vim /etc/sysconfig/keepalived
   KEEPALIVED_OPTIONS="-D -S 6"   # 指定日志设备为 local6

2. 配置rsyslog

   vim /etc/rsyslog.conf
   # 添加一行
   local6.*    /var/log/keepalived.log
   systemctl restart rsyslog keepalived

3. 验证

   tail -f /var/log/keepalived.log   # 实时查看独立日志

四、核心功能进阶实验

4.1 抢占模式配置

• 非抢占模式 (nopreempt)：避免因主节点恢复导致不必要的VIP切换。

  • 要求 ：实例中的 state 必须设置为 BACKUP。

  • 配置 ：在KA1和KA2的 vrrp_instance 中添加 nopreempt。

  • 效果：原Master（KA1）恢复后，VIP不会自动从当前Master（KA2）漂移回来。

• 延迟抢占 (preempt_delay)：设置Master恢复后延迟多久才抢占VIP。

  • 配置 ：在实例中添加 preempt_delay 10（单位：秒），通常与 state BACKUP 配合使用。

4.2 子配置文件拆分

将不同的 vrrp_instance 拆分到独立的配置文件中，便于管理。

1. 创建子目录和配置文件

   mkdir /etc/keepalived/conf.d
   vim /etc/keepalived/conf.d/webvip.conf
   # 将 WEB_VIP 实例的完整配置移入此文件

2. 修改主配置文件

   keepalived

   global_defs { ... }  # 全局定义保留在主文件
   include /etc/keepalived/conf.d/*.conf  # 引入子配置

4.3 单播模式配置

当网络环境不支持组播，或需要跨网段通信时，可使用单播。

• 配置 ：在 vrrp_instance 中指定 unicast_src_ip（本机IP）和 unicast_peer（对端IP列表），并注释掉组播地址配置。

  keepalived

  vrrp_instance WEB_VIP {
      ...
      unicast_src_ip 172.25.254.50  # KA1的本机IP
      unicast_peer {
          172.25.254.60              # 对端KA2的IP
      }
      # vrrp_mcast_group4 224.0.0.44 # 注释掉组播
  }

• 验证 ：重启服务后，可用 tcpdump -i eth0 -nn host 172.25.254.50 抓包，查看单播VRRP通信。

4.4 业务VIP迁移告警（邮件通知）

当角色发生切换时，通过邮件发送告警。

1. 配置邮件客户端 （以s-nail和163邮箱为例）

   dnf install s-nail postfix -y
   vim /etc/mail.rc
   # 添加以下配置
   set from=yourname@163.com smtp=smtp.163.com
   set smtp-auth-user=yourname@163.com smtp-auth-password=your-password smtp-auth=login

2. 编写告警脚本 (/etc/keepalived/warning.sh)

   #!/bin/bash
   VIP="172.25.254.100"
   EMAIL="admin@example.com"
   case $1 in
       master)
           echo "`date`: I am master, VIP $VIP" | mail -s "Keepalived Master" $EMAIL
           ;;
       backup)
           echo "`date`: I am backup, VIP $VIP" | mail -s "Keepalived Backup" $EMAIL
           ;;
       fault)
           echo "`date`: Keepalived fault!" | mail -s "Keepalived Fault" $EMAIL
           ;;
   esac
   chmod +x /etc/keepalived/warning.sh

3. 集成到Keepalived配置

   keepalived

   vrrp_instance WEB_VIP {
       ...
       notify_master "/etc/keepalived/warning.sh master"
       notify_backup "/etc/keepalived/warning.sh backup"
       notify_fault "/etc/keepalived/warning.sh fault"
   }

五、高可用架构实验

5.1 双主模式

两台节点互为主备，各自承担一个VIP，提高资源利用率。

• KA1配置 ：WEB_VIP 为 MASTER（优先级100），DB_VIP 为 BACKUP（优先级80）。

• KA2配置 ：WEB_VIP 为 BACKUP（优先级80），DB_VIP 为 MASTER（优先级100）。

• 验证：

  • 正常情况下，KA1持有172.25.254.100，KA2持有172.25.254.200。

  • 停止任一节点，另一节点将同时接管两个VIP。

5.2 LVS+Keepalived 实现IPVS高可用

这是Keepalived最经典的应用场景，它不仅能管理VIP，还能根据RS的健康状态动态调整LVS规则。

1. 配置真实服务器（RS）

   • 在RS1和RS2的lo接口绑定VIP （172.25.254.100/32），用于接收DR模式的请求。

   • 配置ARP抑制，避免RS直接响应客户端的ARP请求。

     bash

     echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_ignore
     echo 2 > /proc/sys/net/ipv4/conf/all/arp_announce

2. 配置Keepalived集成LVS（在KA1/KA2上）

   • 在 keepalived.conf 中定义 virtual_server 段，Keepalived会自动生成对应的IPVS规则，并对RS进行健康检查。

   • 核心配置示例：

     keepalived

     virtual_server 172.25.254.100 80 {
         delay_loop 3
         lb_algo rr
         lb_kind DR
         protocol TCP
         real_server 172.25.254.10 80 {
             weight 1
             TCP_CHECK {
                 connect_port 80
                 connect_timeout 3
             }
         }
         real_server 172.25.254.20 80 {
             weight 1
             TCP_CHECK {
                 connect_port 80
                 connect_timeout 3
             }
         }
     }

总结

Keepalived通过实现VRRP协议，为关键业务提供了强大的高可用保障。其核心在于管理VIP的漂移 ，并可与LVS深度集成，实现对负载均衡器本身及其后端服务器的健康检查。掌握其抢占模式、单播通信、通知脚本以及双主架构，是构建稳健高可用方案的基础。