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LVS 虚拟IP 理解(转)
 0   0   0  2020-03-20 00:29:09

1.虚拟IP是什么?

 

要是单讲解虚拟 IP,理解起来很困难,所以干脆把 
动态 IP 、固定 IP 、实体 IP 与虚拟 IP都讲解一下,加深理解和知识扩展

实体 IP:在网络的世界里,为了要辨识每一部计算机的位置,因此有了计算机 IP 位址的定义。一个 IP 就好似一个门牌!例如,你要去微软的网站的话,就要去『 207.46.197.101 』这个 IP 位置!这些可以直接在网际网络上沟通的 IP 就被称为『实体 IP 』了。

虚拟 IP:不过,众所皆知的,IP 位址仅为 xxx.xxx.xxx.xxx 的资料型态,其中, xxx 为 1-255 间的整数,由于近来计算机的成长速度太快,实体的 IP 已经有点不足了,好在早在规划 IP 时就已经预留了三个网段的 IP 做为内部网域的虚拟 IP 之用。这三个预留的 IP 分别为:

A级:10.0.0.0 - 10.255.255.255 
B级:172.16.0.0 - 172.31.255.255 
C级:192.168.0.0 - 192.168.255.255

上述中最常用的是192.168.0.0这一组。不过,由于是虚拟 IP ,所以当您使用这些地址的时候﹐当然是有所限制的,限制如下:

私有位址的路由信息不能对外散播 
使用私有位址作为来源或目的地址的封包﹐不能透过Internet来转送 
关于私有位址的参考纪录(如DNS)﹐只能限于内部网络使用

由于虚拟 IP 的计算机并不能直接连上 Internet ,因此需要特别的功能才能上网。不过,这给我们架设IP网络做成很大的方便﹐比如﹕即使您目前的公司还没有连上Internet﹐但不保证将来不会啊。如果使用公共IP的话﹐如果没经过注册﹐等到以后真正要连上网络的时候﹐就很可能和别人冲突了。也正如前面所分析的﹐到时候再重新规划IP的话﹐将是件非常头痛的问题。这时候﹐我们可以先利用私有位址来架设网络﹐等到真要连上intetnet的时候﹐我们可以使用IP转换协定﹐如 NAT (Network Addresss Translation)等技术﹐配合新注册的IP就可以了。

固定 IP 与 动态 IP:基本上,这两个东西是由于近来网络公司大量的成长下的产物,例如,你如果向中华电信申请一个商业型态的 ADSL 专线,那他会给你一个固定的实体 IP ,这个实体 IP 就被称为『固定 IP 』了。而若你是申请计时制的 ADSL ,那由于你的 IP 可能是由数十人共同使用,因此你每次重新开机上网时,你这部计算机的 IP 都不会是固定的!于是就被称为『动态 IP』或者是『浮动式IP』。基本上,这两个都是『实体IP』,只是网络公司用来分配给用户的方法不同而产生不同的名称而已。

 

自己的理解

我们用路由器时,每个手机或电脑都有一个ip地址,这个IP就是虚拟IP。想象一下,如果世界上的每台设备(电脑手机都算)都有一个实际IP地址,IP地址肯定不够用。但如果每个实际的IP地址再对应几万个虚拟的IP地址(比如 192.168.0.0 - 192.168.255.255),那不就够了吗? 
我们给一个路由器分配一个实体IP(只是举个例子),之后每个连接这个路由器的设备给他分配一个虚拟IP(比如 192.168.0.0 - 192.168.255.255 中随机给一个),路由器记下这个虚拟IP和对应的设备,当某个设备访问网络数据时,先经过路由器,然后路由器与网络进行数据交换,因为路由器有实体IP,所以网络可以给路由器发送数据,然后路由器再根据自己分配的虚拟IP发送到相应的设备。

 

资料来源:http://blog.csdn.net/u014290233/article/details/53635658

 


2.虚拟IP与arp协议

 

一、虚拟IP

      虚拟IP(Vrtual IP Address),是一种不与特定计算机或者特定计算机网卡相对应的IP地址。所有发往这个IP地址的数据包最后都会经过真实的网卡到达目的主机的目的进程。
引用维基上面的定义:https://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_IP_address
virtual IP address (VIP or VIPA) is an IP address that doesn't correspond to an actual physical network interface (port). Uses for VIPs include network address translation (especially, one-to-many NAT), fault-tolerance, and mobility.
虚拟IP主要是用来网络地址转换,网络容错和可移动性。
       虚拟IP比较常见的一个用例就是在系统高可用性(High Availability HA)方面的应用,通常一个系统会因为日常维护或者非计划外的情况而发生宕机,为了提高系统对外服务的高可用性,就会采用主备模式进行高可用性的配置。当提供服务的主机M宕机后,服务会切换到备用主机S继续对外提供服务。而这一切用户是感觉不到的,在这种情况下系统对客户端提供服务的IP地址就会是一个虚拟IP,当主机M宕机后,虚拟IP便会漂浮到备机上,继续提供服务。
       在这种情况下,虚拟IP就不是与特定计算主机或者特定某个物理网卡对应的了,而是一种虚拟或者是说逻辑的概念,它是可以自由移动自由漂浮的,这样一来既对外屏蔽了系统内部的细节,又为系统内部的可维护性和扩展性提供了方便。

二、arp协议

        arp协议属于TCP/IP协议族里面一种用户将IP地址解析为MAC地址的协议。该协议是用户局域网内解析IP地址对应的物理地址。通常一个主机A给另一个主机B通过网络发送一个IP数据报的时候,首先会发送到主机A所在的路由器上面,然后路由器会判断目的地址是否在本网络内,是则直接转发到本网络内的目的主机,否则会继续传递到下一个路由,直到到达指定的网络的路由器。指定网络的路由器会将此数据报发送到目的主机。整个过程最后都会涉及到由某一个网络中的路由器发送到网内某一主机的过程。这个过程通常是由路由器发送一个arp广播请求,请求IP地址为数据包目的地址的主机将它自己的MAC地址发送过来,因为数据链路层的数据传输是通过物理地址传输的。arp请求会广播到所有网内的主机,网内其他主机收到这个arp请求后,首先会检查发送arp请求的主机的IP地址,然后将该IP地址和其对应的MAC地址存放在缓存中,然后会检查这个arp请求中请求的IP地址是否为自己的IP地址,是则发送一个arp应答,应答包含自己的IP地址和对应的MAC地址。当得到了MAC地址后,便可以将数据包正确传输到目的主机上了。
        arp协议中比较重要的内容之一就是arp缓存,主机操作系统会将IP地址与MAC地址的映射关系存放在主机的一片高速缓存中。
缓存失效:该缓存会在一定时间内失效,失效后,请求该IP地址时需要广播arp请求重新获取IP地址对应的MAC地址
缓存更新:当收到ARP请求时,会将发送ARP请求的主机IP地址与MAC地址记录下来,然后去更新本机arp缓存中对应的记录。

三、虚拟IP与arp协议

虚拟IP和arp协议

        虚拟IP常用于系统高可用性的场景,那么虚拟IP实现的原理是什么?虚拟能够自由漂浮的原理是什么?

        从前文介绍arp协议里面来看,主机与主机的通信过程都会涉及到一个ip地址转换mac地址的过程,那么虚拟IP的通信也不会例外。因此,IP地址在主机通信的过程中其实就是一个逻辑地址。我们知道,每一个主机都存放着网络内一些主机的逻辑地址与物理地址(MAC地址)的映射,问题来了,当虚拟IP VIP在主机A上时,主机A的MAC地址为MAC_A某主机M的arp缓存中存放着一个映射关系:VIP ---à MAC_A;当主机A宕机后,虚拟IPVIP漂浮到了主机B,主机B的MAC地址为MAC_B,那么此时主机M想与虚拟IP通信时,是做不到,因为它的arp高速缓存中的虚拟IP VIP的映射还指向主机A的MAC地址。这个问题解决的思路就是当虚拟IP漂浮后,刷新所有其他主机的arp缓存。

 

那么虚拟IP是如何实现漂浮后,是如何刷新所有其他主机的arp缓存的呢?

        这里就会引入另一个概念,garp()简称无端arp或者免费arp,主要是用来当某一个主机C开机时,用来确认自己的IP地址没有被人占用而做的一个检测。广播发送这个arp,请求得到本机IP地址的MAC地址,主机C并不希望此次arp请求会有arp应答,因为应答意味着IP地址冲突了。当其他主机收到这个arp请求后,会刷新关于这个arp请求源的主机IP地址的映射。

Garp的作用主要有两个:

1.      检测IP地址是否有冲突

2.      刷新其他主机关于本次IP地址的映射关系

 

        集群管理软件Pacemaker里面的资源代理ocf:heartbeat:IPaddr2中,在虚拟IP漂浮后,会向网络内广播发送garp请求,以此来刷新其他主机的arp缓存。

        在配置OpenStack控制节点高可用性的时候,出现过虚拟IP切换时,某一个主机不能通信的问题,后来发现是arp缓存没有刷新,有时候由于网络的原因,某些主机没有接收到此garp请求,因此ocf:heartbeat:IPaddr2资源代理中可以配置发送garp的次数,这里建议次数配置得多一点,这样可以保证其他主机成功刷新arp缓存。

 

资料来源:http://blog.csdn.net/u014532901/article/details/52245138


 3. 谈谈VIP漂移那点破事 

 

一直以来都是用nginx的upstream模块做网站最前端的负载均衡,为了防止nginx本身宕机导致网站不能访问,通常都会做两套nginx反向代理,然后用keepalive之类的软件提供VIP。

 

常见的环境是nginx主节点和从节点各有一个公网IP,一个私有IP,VIP地址也使用公网IP来提供,正常情况下VIP只会在nginx主节点上工作,只有主节点宕机或者网络不可达等情况下,VIP才会漂移到nginx从节点上。如果keepalive配置了非抢占模式,则主节点恢复后,VIP也不会漂移会主节点,而是继续在从节工作。这种配置要求机房网络不做mac地址绑定。

 

最近做的两套培训系统测试情况如下:

系统一:主从节点做双网卡绑定,都只有一个私有IP,VIP也为私有IP,通过防火墙的NAT转发用户的访问请求。主节点宕机后,VIP可以漂移至从节点,但用户无法访问网站,telnet防火墙公网IP的80端口提示无法连接。

 

系统二:主从节点各有两张网卡,分别配置一个公网IP和一个私有IP。VIP地址也使用公网IP来提供。

主节点宕机后,VIP可以漂移至从节点,但用户无法ping通VIP,自然网站也就打不开。

 

于是分别对这两种情况进行排查:

系统二:属于比较常见的配置方案。VIP漂移后无法ping通,第一反应询问机房工作人员,是否相应的设备做了mac地址绑定。得知无绑定策略后继续排查。

发现配置net.ipv4.ip_nonlocal_bind = 1 参数并使其生效后重新测试正常。

 

系统一:情况有点特殊,按系统二的解决方法尝试无果后,怀疑端口路由器映射上出现问题。于是继续测试VIP漂移,发现VIP漂移到从节点后,防火墙上的arp表中vip对应的mac地址依旧是主节点网卡的mac地址,原来防火墙才是罪魁祸首,坑爹的货。机房使用的防火墙型号华为Quidway Eudemon1000E,据说默认配置下,这个arp地址表自动刷新需要20分钟!

 

好吧!于是用下面的命名手工刷新后,万事大吉,网站访问也很顺畅,比较郁闷的是当主节点重新抢占VIP后,依然需要手工刷新下,否则防火墙还是把请求转给从节点响应。

# arping -I 网卡地址 -c 3 -s VIP地址 网关地址

 

后记:

要彻底解决系统一的问题,可以从两方面去着手,首先是考虑去调整防火墙的arp表的自动刷新时间;其次是考虑在从节点上部署一个无限循环的脚本,时时去检测是否抢占到了VIP,若抢占成功,则运行前面的刷新命令,命令成功运行后退出脚本,同时可以用nagios监控该脚本,了解最新的主从切换情况。切记,循环运行一次接受后sleep 1秒,否则会死机的哦!

如果在主节点上也部署类似的脚本,则会对网络带来负担,因而主节点恢复后的刷新手工运行下就好了,如果忘记运行了,从节点依然可以工作,无伤大雅!

 

资料来源:

http://ylw6006.blog.51cto.com/470441/1314004/


4.HA集群中的虚拟IP原理

 

高可用性HA(High Availability)指的是通过尽量缩短因日常维护操作(计划)和突发的系统崩溃(非计划)所导致的停机时间,以提高系统和应用的可用性。HA系统是目前企业防止核心计算机系统因故障停机的最有效手段。

实现HA的方式,一般采用两台机器同时完成一项功能,比如数据库服务器,平常只有一台机器对外提供服务,另一台机器作为热备,当这台机器出现故障时,自动动态切换到另一台热备的机器。

怎么实现故障检测的那?

      心跳,采用定时发送一个数据包,如果机器多长时间没响应,就认为是发生故障,自动切换到热备的机器上去。

怎么实现自动切换那?

      虚IP。何为虚IP那,就是一个未分配给真实主机的IP,也就是说对外提供数据库服务器的主机除了有一个真实IP外还有一个虚IP,使用这两个IP中的 任意一个都可以连接到这台主机,所有项目中数据库链接一项配置的都是这个虚IP,当服务器发生故障无法对外提供服务时,动态将这个虚IP切换到备用主机。

 

开始我也不明白这是怎么实现的,以为是软件动态改IP地址,其实不是这样,其实现原理主要是靠TCP/IP的ARP协议。因为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。

下边就是我电脑上的arp缓存的内容。

(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为对外提供数据库服务的主机。

192.168.1.218为热备的机器。

192.168.1.219为虚IP。

大家注意红字部分,219、217的MAC地址是相同的。

再看看那217宕机后的arp缓存

(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 

这就是奥妙所在。当218 发现217宕机后会向网络发送一个ARP数据包,告诉所有主机192.168.1.219这个IP对应的MAC地址是00:21:5A:DB:7F:C2,这样所有发送到219的数据包都会发送到mac地址为00:21:5A:DB:7F:C2的机器,也就是218的机器。

https://www.cnblogs.com/crazylqy/p/7741958.html


 
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