暑假打工 2 個 月，讓我明白了 Keepalived 高可用的三種路由方案

這是悟空的第 158 篇原創文章

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你好，我是悟空。

前言

上篇我們講了Keepalived 底層原理上篇，中篇還是得繼續呀，但是發現中篇內容還是很多，一篇講不完，所以先講 Keepalived 的路由原理。

在寫的過程中，發現路由原理其實挺枯燥的，我想把這個主題用通俗易懂、且有趣的方式講解出來，但是一直找不到合適的切入點，一次偶然的對話讓我的靈感迸發。

話說之前大學放暑假的時候，我到一個餐廳打工兩個月，Title 是初級傳菜員。正是這次打工經驗，為我帶來了一波潛藏已久的素材，請聽聽我的故事吧~

本文主要內容如下：

一、餐廳角色

在餐廳主要有這幾種角色：

• 服務員：負責記錄客戶已點哪些菜、上菜時間、上菜、劃掉菜。可以將多個服務員都當做使用者端，相對於傳菜員來說。
• 傳菜員：負責通知廚房走菜、劃菜、傳菜。可以將傳菜員當作 Keepalived 元件。
• 廚師：烹飪、裝盤。可以將廚師當作後臺真實伺服器。

為什麼需要傳菜員這個角色？有了傳菜員這個角色後，發生了什麼呢？

• 服務員需要服務顧客，不需要離開包間去廚房拿菜。（單一職責）
• 服務員不需要定期到廚房詢問菜是否好了。（解耦）

流程圖如下：

① 客戶點菜下單。

② 服務員記錄菜名、上菜時間。這裡的上菜時間是指客戶要求的上菜時間，因為有些客戶可能想等朋友一起來了再吃。

③ 服務員將一份訂單交給傳菜員，另外一份訂單留在包間。

④ 傳菜員大聲通知多位廚師有哪些菜要做，什麼時候開始上菜。

⑤ 廚師準備食材和烹飪。如果缺少食材，廚師還會告訴傳菜員，由傳菜員轉告服務員說這道菜不能做。

⑥ 廚師做好後將菜裝在盤子裡，然後遞給傳菜員。

⑦ 傳菜員將訂單上對應的菜劃掉，表示已經做了。

⑧ 傳菜員將菜端給服務員。

⑨ 服務員將菜從訂單上劃掉。

⑩ 服務員將菜端上餐桌。

這個流程簡單來說就是客戶下單->服務員傳單->傳菜員通知->廚師烹飪->傳菜員傳菜->服務員上菜。

上面的流程不正是服務員請求資料，將請求都發給了傳菜員，傳菜員將請求轉發給了廚師，廚師處理完後返回結果。妙啊！！

二、初探 Keepalived 的路由方案

2.1 為什麼需要路由方案

上篇我們講到 Keepalived 的負載均衡排程演演算法，通過這個演演算法選出某臺真實服務來處理本次使用者端請求。

就好比傳菜員要將要做的菜，告訴其中一個廚師（一般是告訴大廚）。

而如何告訴廚師呢？是用喇叭喊，還是傳呼機，還是走到他旁邊告訴他？

服務員與廚師對話的方式

對於 Keepalived 來說，選擇了一個真實伺服器後，後續還有兩個流程需要梳理下：

• Keepalived 如何將請求轉發給這個服務呢？
• 服務處理完這個請求後，如何將處理結果返回給使用者端？

上面兩個流程就是 Keepalived 的路由方案要做的事。

Keepalived 有三種路由方案：NAT、TUN、DR。

2.2 設定在哪

具體的設定哪種路由方案在 keepalived.conf 組態檔中，其中有一個 lb_kind 設定，可以設定成 NAT、DR、TUN 三種。目前設定的是 DR 模式。

還有一個設定 lb_algo，這個是設定排程演演算法的，比如這裡設定的 wrr 加權輪詢排程演演算法。

2.3 LVS 的結構

上篇我們說到 Keepalived 是利用了 LVS 模組的功能來實現負載均衡的。那麼 LVS 的結構是怎麼樣的呢？

分為兩個模組：前端的負載均衡器（Load Balance，簡稱 LB），後端的多臺真實伺服器（Real Server, 簡稱 RS）組成。LB 負責流量轉發，RS 負責處理請求，然後將請求返回。

三、深入理解 Keepalived 的路由方案

3.1 NAT 路由方案

NAT 的全稱是 Network Address Translation，網路地址轉換。它有兩個功能：

• 使企業內部的私有 IP 可以存取外網，
• 使外部使用者可以存取位於公司內部的私有 IP 主機。

對於 Keepalived 來說，這種模式就好比餐廳的標準下單上菜模式：多個服務員將訂單資料轉給傳菜員，傳菜員通知廚師進行烹飪，廚師把菜做好後轉給傳菜員，傳菜員負責把菜傳遞給服務員。

如下圖所示，LVS 負載排程器有兩塊網路卡，設定了不同的 IP 地址，網路卡 eth0 設定為公網 VIP 與外部網路連通，網路卡 eth1 設定為私有 VIP 與內部網路通過交換裝置相互連線，

範例如下：

eth0 網路卡 -> 公網 VIP -> 外部網路
eth1 網路卡 -> 私有 VIP -> 交換裝置 > 內網網路

原理圖如下所示：

① 比如現在 eth0 網路卡設定了一個公有 VIP 如 10.1.2.88，使用者端傳送的請求都是到這個 Public VIP（目標地址）。

② 主 LVS Router 負責接收請求，將請求的目的地址（Public VIP）替換成 NAT VIP（192.168.56.88）。

③ 這個 NAT VIP 和後端伺服器同屬一個區域網，可以相互存取，請求經過負載均衡排程選擇一個真實伺服器。

④ LVS 修改封包中的目標地址和目標埠為真實伺服器的。

⑤ 真實伺服器處理完請求後，將應答資料返回給 LVS Router。

⑥ LVS Router 將應答資料的源 IP 地址 NAT VIP 和埠轉換成 Public VIP 和 LVS 的埠，然後轉發給外部網路的使用者端。

對於使用者端而言，它只和 Public VIP 打交道，並不知道 NAT VIP，更不知道真實伺服器的 IP 地址，這個過程也稱為 IP 偽裝。

對於服務員