深入理解与应用Keepalive机制

阿舟的学习笔记

于 2024-03-17 22:41:48 发布

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文章标签：智能路由器网络

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Miraitowa_xu/article/details/136611811

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本文详细介绍了VRRP虚拟路由冗余协议如何通过优先级选举主路由器，处理网络故障切换，以及Keepalive协议在健康检测和高可用性中的应用。同时涵盖了LVS负载均衡群集中VRRP实例的配置和Keepalive服务的管理，包括主从更替、单播组播和日志设置等内容。

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一、VRRP协议
（一）VRRP概述
1.诞生背景
终端设备访问不同网段设备的时候，必须经过网关。如果只有1个网关，那么网络就存在单点故障，所以为了避免单点故障导致网络的通信中断，所以，我们建议在一个网段中，可以同时添加多个网关，从而增加网关的冗余性和网络的可靠性；但是，多网关的部署会带来其他的问题：
1.网关IP地址冲突
2.终端用户需要频繁的切换网关IP地址
针对上述两个问题，提出了：
在同网段的多个网关之间运行VRRP，形成1个虚拟网关，终端用户都配置和使用虚拟网关就可以了。

其作用为

在同一个网段的多个真实网关之间配置和运用，形成层一个虚拟路由器，从而实现网关的冗余和负载均衡

2.基本理论
VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）是一种网络层的容错协议。它的主要目的是在多个物理路由器之间提供一个虚拟路由器服务，以实现默认网关的高可用性。在传统的网络环境中，如果静态配置的默认网关出现故障，则会导致网络中的所有主机失去对外通信的能力。VRRP通过将多台路由器联合起来形成一个虚拟路由器，并选举出一台主路由器来处理所有的流量转发，而其他的备份路由器则随时待命，一旦主路由器出现故障，备份路由器能够迅速接替工作，从而确保网络连通性的持续性和可靠性。

（二）VRRP工作原理
(1) 虚拟路由器中的路由器根据优先级（priority）选举出Master。Master路由器通过发送免费ARP报文，将自己的虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机，从而承担报文转发任务；

(2) Master路由器周期性发送VRRP报文（心跳线），以公布其配置信息(优先级等)和工作状况；

(3) 如果Master路由器出现故障，虚拟路由器中的Backup路由器将根据优先级重新选举新的Master；

(4) 虚拟路由器状态切换时，Master路由器由一台设备切换为另外一台设备，新的Master路由器只是简单地发送一个携带虚拟路由器的MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，这样就可以更新与它连接的主机或设备中的ARP相关信息。网络中的主机感知不到Master路由器已经切换为另外一台设备。

(5) Backup路由器的优先级高于Master路由器时，由Backup路由器的工作方式(抢占方式和非抢占方式以及延时抢占)决定是否重新选举Master。

（三）VRRP相关术语
虚拟路由器：Virtual Router 不是真实存在，虚构出来的

虚拟路由器标识：VRID(0-255)，唯一标识虚拟路由器

VIP：Virtual IP 192.168.91.100 路由1 路由2

VMAC：Virutal MAC (00-00-5e-00-01-VRID)

物理路由器：

master：主设备

backup：备用设备

priority：优先级

二、keepalive基本理论
Keepalive机制是网络通信中一种重要的保持连接健康状态的方法，有助于优化网络资源使用，提高服务稳定性和响应速度

常见的keepalive版本

VRRP Keepalive：虚拟路由冗余协议(VRRP)中的心跳检测机制，用于选举和维护路由器的主备状态，确保网络高可用性。

TCP Keepalive：是一种内置于TCP协议中的功能，用于检测并维持连接的活跃状态。当两个端点间存在一个已建立的TCP连接，但在一段时间内没有数据传输时，启用Keepalive的一方会周期性地发送特殊的探测报文（通常是一个空TCP段）给对方。如果接收方没有回应足够数量的Keepalive探测报文，发送方就会认为连接已经断开，并关闭该连接。

HTTP Keepalive：允许HTTP客户端与服务器之间复用同一TCP连接来发送多个请求和响应，以减少TCP连接建立和销毁带来的开销。

应用程序级Keepalive：许多应用程序和服务也有自己的Keepalive机制，比如MySQL数据库的连接保活、WebSocket的ping/pong消息等。

主要学习VRRP Keepalive

（一）基本性能
keepalive是专门为LVS与HA设计的一款健康检查软件

支持故障自动切换(Failover)

支持节点健康状态检查(Health Checking)判断 LVS 负载调度器、节点服务器的可用性，当 master 主机出现故障及时切换到backup 节点保证业务正常，当 master故障主机恢复后将其重新加入群集并且业务重新切换回 master 节点。

官方网站：Keepalived for Linux

（二）实现原理
实现原理与虚拟路由一致