高可用虚拟IP（HaVip）技术详解：原理、设计与应用

1、背景

高可用虚拟IP（HaVip）是一种可以独立创建和释放的私网IP资源，具备与虚拟机、容器实例主私网IP地址一样的网络接入能力，可以与高可用软件，例如Keepalived配合使用，搭建高可用主备服务，提高业务的可用性。

在功能上，HaVip在支持创建、更新、删除、查询之外，还支持绑定和解绑实例、绑定和解绑EIP。

1.1 定义与核心功能

HAVIP（High-Availability Virtual IP）是一种由云平台（如腾讯云、阿里云）分配的内网IP地址，其核心功能是‌确保在主备服务器故障切换过程中，对外服务的虚拟IP地址保持不变‌，从而避免业务中断。它并非独立品牌产品，而是云计算基础设施中的技术组件，英文全称为"High-Availability Virtual IP"，中文直译为"高可用虚拟IP"。‌

1.2 工作原理

HAVIP通过以下机制实现高可用性：

‌主备选举‌：与Keepalived等第三方HA软件配合，基于VRRP协议比较服务器优先级（priority值），选举出主服务器（Master）。主服务器负责处理流量，并周期性发送心跳报文至备服务器（Backup）。‌
‌故障切换‌：当备服务器在指定时间（由advert_int参数控制）内未收到心跳报文时，自动接管HAVIP，更新IP映射关系，确保流量无缝切换至新主服务器。‌
‌ARP报文支持‌：主服务器通过发送ARP报文更新网络设备中的MAC地址表，实现IP绑定，但需注意云环境通常仅支持单播通信。‌

2、方案设计

2.1 基本功能设计

创建HaVip并绑定实例

创建HaVip时，用户可以填写一个空闲的vpc内的IP地址，系统会使用这个IP（没有指定则自动分配）在vpc内创建一个havip port，用来占用这个IP，其device_owner为"compute:havip"。

HaVip绑定实例时，会为HaVip绑定的实例添加一条DB记录，初始状态为backup。并为实例网卡添加如下的allowed_address_pairs：

bash 复制代码

# ip_address为HaVip地址，mac_address为实例网卡mac# type初始默认为"snat"，当Havip绑定EIP后会更新为"fip"{"ip_address": "11.239.0.227", "mac_address": "fa:16:3e:4d:82:73", "type": "snat"}

这是由于：在使用过程中HaVip这个IP会配置在master实例的网卡上，网卡使用这个IP进行收发包，为了保证流量联通性，需要在底层放行这种流量。

apache 复制代码

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1450 qdisc mq state UP group default qlen 1000    link/ether fa:16:3e:4d:82:73 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff    inet 11.239.0.225/24 brd 11.239.0.255 scope global eth0       valid_lft forever preferred_lft forever    inet 11.239.0.227/32 scope global eth0          # HaVip       valid_lft forever preferred_lft forever    inet6 fe80::f816:3eff:fe4d:8273/64 scope link        valid_lft forever preferred_lft forever

主备切换

HaVip集群中的实例部署服务之初，会进行选主。之后如果主节点出现异常，会重新进行选主。选主成功的标志是主节点（master）会发送免费ARP包（gratuitous arp），来向其他节点通告自己的信息。

控制进程需要做的是：

下发流表，将gratuitous arp由ovs交给controller（控制进程）处理

apache 复制代码

cookie=0xd8e35d74fe67a8f8, duration=343130.645s, table=60, n_packets=0, n_bytes=0, priority=101,arp,in_port=2154,arp_spa=11.239.0.227,arp_tpa=11.239.0.227 actions=CONTROLLER:65535

处理gratuitous arp包（收到的多个gratuitous arp包会被当作一个进行处理），在DB中标识此节点为HaVip集群的master，同时标识老的master为backup
更新havip port的device_id为master port的ID，binding:host_id为master实例的宿主机
通知FIP网关和CCN网关，修改HaVip相关的host和mac address信息，进行正确的导流
从选主成功到neutron和网关的一系列数据变更，整个过程需要一定的时间，会造成访问HaVip的流量断流。经过测试，断流时间为秒级。

HaVip绑定和解绑EIP

如果一个HaVip集群中所有节点为backup，这个HaVip就是不可用的。只有在有且仅有一个master时，才能正常访问和使用。

具体步骤如下：
1. ultron调用neutron，为havip port绑定EIP
2. neutron查询HaVip的master port，构造相关数据通知fip网关、ccn网关
3. ultron调用neutron，更新HaVip的havip_type为"fip"
4. neutron更新HaVip所有关联实例网卡的allowed_address_pair的type为"fip"
同理，HaVip解绑EIP的操作为：
1. ultron调用neutron，为havip port解除绑定EIP
2. neutron查询HaVip的master port，通知fip网关、ccn网关清除相关记录
3. ultron调用neutron，更新HaVip的havip_type为""
4. neutron更新HaVip所有关联实例网卡的allowed_address_pair的type为"snat"
2.2 流量设计

跨vpc访问HaVip

必须为HaVip绑定EIP，才支持跨vpc访问。

这里包含两种情况：同集群和跨集群。流量均由fip网关转发给HaVip的master节点处理。如下图中红色箭头所示。

同vpc访问HaVip

需要分两个情况进行讨论，如下图中蓝色箭头所示。

同集群

理想的方式应为neutron生成HaVip的fdb信息，下发给同集群同vpc的节点。这样HaVip的流量直接进行fdb转发。但考虑到HaVip有可能经常进行主备切换，更新HaVip的fdb信息难以保证实时正常下发，总体实现复杂度高。而vpc内的流量默认交给ccn网关处理，可以不下发HaVip的fdb，在保证连通性的同时减少设计的复杂度。

client出向流量经过ovs流表时，没有HaVip的fdb流表，默认交给ccn网关。ccn网关转发给HaVip的master节点处理。

server回包时，由于ovs上有client的fdb流表，直接转发给client的host。

跨集群

由于没有fdb流表，client和server来回的流量均交给ccn网关转发。

3、使用限制
1. 一个HaVip下面最多添加5个实例
2. 一个实例最多绑定5个HaVip
3. HaVip 仅支持绑定同一个私有网络的实例，不支持绑定跨私有网络的实例。
4. HaVip下首先添加的实例为master，后续添加的实例自动为backup
5. 心跳检测需要在云服务器中的应用来实现，不是靠 HaVip 实现，HaVip 仅作为一个被 ARP 宣告的浮动内网 IP（体验与传统物理机保持一致）。
6. 用户需要在HaVip添加实例之后部署keepalived等第三方HA服务或手动进行主备切换，来保证控制面识别出master和backup实例
7. 删除HaVip之前需要解绑所有关联的实例
4、配置流程

keepalived 配置举例

以keepalived为例，配置文件为/etc/keepalived/keepalived.conf，它的关键内容如下：
1. virtual_ipaddress 为HaVip的地址
2. state 为设置的状态，通常都设置为BACKUP，这样会由vrrp选举产生MASTER
3. priority 为选主使用的优先级，若无特殊的需求，可以将所有实例的优先级设为相同的值
5、应用场景
1. ‌负载均衡高可用‌：在自建负载均衡集群中，HAVIP作为虚拟IP，确保负载均衡器主备切换时服务IP稳定。‌‌
2. ‌数据库主备集群‌：如MySQL主备架构，通过HAVIP实现故障切换后数据库连接IP不变。‌
3. ‌关键业务服务‌：例如Nginx Web服务器或SAP HANA系统，保障业务连续性。‌
6、总结

HaVip是一种与Keepalived配合的私网IP资源，它基于VRRP实现主备选举与秒级故障切换，通过免费ARP更新网络转发表。它支持绑定EIP实现跨VPC访问，同VPC流量经网关转发。作为高可用架构的核心组件，HaVip保障负载均衡、数据库等核心业务连续性，提升云上服务可靠性。

END

360智汇云AI产品推荐：

大模型开发TLM：https://zyun.360.cn/product/tlm

AI标注平台TLP：https://zyun.360.cn/product/tlp

AI评测平台TEP：https://console.zyun.360.cn/tep

MCP市场MCPMKT：https://console.zyun.360.cn/mcpmkt

智能体对话AIMI：https://zyun.360.cn/product/aimi

智能体记忆AMS：https://console.zyun.360.cn/ams/

更多技术干货，

请关注"360智汇云开发者"👇

360智汇云是以"汇聚数据价值，助力智能未来"为目标的企业应用开放服务平台，融合360丰富的产品、技术力量，为客户提供平台服务。目前，智汇云提供数据库、中间件、存储、大数据、人工智能、计算、网络、视联物联与通信等多种产品服务以及一站式解决方案。

官网：https://zyun.360.cn（复制在浏览器中打开）

更多好用又便宜的云产品，欢迎试用体验~

如果您想使用我们的计算、网络类产品（目前官网暂时不可见），欢迎联系我们客服为您开通。

添加工作人员企业微信👇，get更快审核通道+试用包哦~