虚拟IP原理（动态IP、固定IP、实体IP）

1、虚拟ip概念&＃xff1a;

分析虚拟IP前&＃xff0c;先说一下&＃xff1a;
动态 IP 、固定 IP 、实体 IP 

实体 IP&＃xff1a;在网络的世界里&＃xff0c;为了要辨识每一部计算机的位置&＃xff0c;因此有了计算机 IP 位址的定义。一个 IP 就好似一个门牌&＃xff01;例如&＃xff0c;你要去微软的网站的话&＃xff0c;就要去『 207.46.197.101 』这个 IP 位置&＃xff01;这些可以直接在网际网络上沟通的 IP 就被称为『实体 IP 』了。

固定 IP 与 动态 IP&＃xff1a;基本上&＃xff0c;这两个东西是由于近来网络公司大量的成长下的产物&＃xff0c;例如&＃xff0c;你如果向中华电信申请一个商业型态的 ADSL 专线&＃xff0c;那他会给你一个固定的实体 IP &＃xff0c;这个实体 IP 就被称为『固定 IP 』了。而若你是申请计时制的 ADSL &＃xff0c;那由于你的 IP 可能是由数十人共同使用&＃xff0c;因此你每次重新开机上网时&＃xff0c;你这部计算机的 IP 都不会是固定的&＃xff01;于是就被称为『动态 IP』或者是『浮动式IP』。基本上&＃xff0c;这两个都是『实体IP』&＃xff0c;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。

虚拟 IP&＃xff1a;不过&＃xff0c;众所皆知的&＃xff0c;IP 位址仅为 xxx.xxx.xxx.xxx 的资料型态&＃xff0c;其中&＃xff0c; xxx 为 1-255 间的整数&＃xff0c;由于近来计算机的成长速度太快&＃xff0c;实体的 IP 已经有点不足了&＃xff0c;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&＃xff1a;

A级&＃xff1a;10.0.0.0 - 10.255.255.255
B级&＃xff1a;172.16.0.0 - 172.31.255.255
C级&＃xff1a;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&＃xff0c;由于是虚拟 IP &＃xff0c;所以当您使用这些地址的时候﹐当然是有所限制的&＃xff0c;限制如下&＃xff1a;

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 &＃xff0c;因此需要特别的功能才能上网。不过&＃xff0c;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。

2、虚拟IP原理

我们知道一般的IP地址是和物理网卡绑定的&＃xff0c;而VIP相反&＃xff0c;是不与实际网卡绑定的的IP地址。当外网的上的一个机器&＃xff0c;通过域名访问某公司内网资源时&＃xff0c;内网的DNS服务器会把域名解析到一个VIP上。当外网主机经过域名解析得到这个VIP后&＃xff0c;就将数据包发往这个VIP。但是在内网中&＃xff0c;这个VIP是不与具体的设备相连接的&＃xff0c;所以外网发过来的目的地址是VIP的IP数据包&＃xff0c;究竟会到哪台机器呢&＃xff1f;

其实&＃xff0c;这个在内网的过程是&＃xff0c;通过ARP协议来完成的。也就是说这个VIP可以映射到的MAC地址是可以控制的。VIP在内网中被动态的映射到不同的MAC地址上&＃xff0c;也就是映射到不同的机器设备上&＃xff0c;那么就可以起到负载均衡的效果啦。

PS:VIP的概念的是LVS中一个概念&＃xff0c;具体学习《Linux负载均衡软件LVS之概念篇》

3、为什么需要虚拟ip(HA的重要性)

 HA即(high available)高可用&＃xff0c;又被叫做双机热备&＃xff0c;用于关键性业务。简单理解就是&＃xff0c;有2台机器 A 和 B&＃xff0c;正常是 A 提供服务&＃xff0c;B 待命闲置&＃xff0c;当 A 宕机或服务宕掉&＃xff0c;会切换至B机器继续提供服务。常见的实现高可用的开源软件有 heartbeat 和 keepalived。

    这样&＃xff0c;一台 web 服务器一天24小时提供web服务&＃xff0c;难免会存在 web 服务挂掉或服务器宕机宕机的情况&＃xff0c;那么用户就访问不了服务了&＃xff0c;这当然不是我们期望的。如果这样&＃xff0c;有2台服务器&＃xff0c;A对外提供 web 服务&＃xff0c;B作为备用&＃xff0c;如果A挂掉&＃xff0c;那么B立刻替代A的位置去提供 web 服务&＃xff0c;这样对用户来说是透明的。但是有个问题&＃xff0c;服务器A的 ip 是 10.0.0.100&＃xff0c;服务器B的 ip 是 10.0.0.101&＃xff0c;显然向用户提供A或B的ip地址是不可行的&＃xff0c;因为用户总不能去切换ip来访问的吧。这时heartbeat或keepalived可以提供一个虚拟IP&＃xff1a;10.0.0.102&＃xff0c;用户只需要访问 10.0.0.102&＃xff0c;当A提供服务时&＃xff0c;VIP 会设置在A服务器上&＃xff0c;当B提供服务时&＃xff0c;VIP会设置在B服务器上&＃xff0c;这样就可以让用户通过访问 10.0.0.102 来获取web服务&＃xff0c;即使A或B服务器切换也不影响用户的正常访问。

下面我们使用 heartbeat 来做 HA 集群&＃xff0c;并且把 nginx 服务作为 HA 对应的服务。

4、具体的实现&＃xff08;方案的细节&＃xff09;

高可用性HA&＃xff08;High Availability&＃xff09;指的是通过尽量缩短因日常维护操作&＃xff08;计划&＃xff09;和突发的系统崩溃&＃xff08;非计划&＃xff09;所导致的停机时间&＃xff0c;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&＃xff0c;一般采用两台机器同时完成一项功能&＃xff0c;比如数据库服务器&＃xff0c;平常只有一台机器对外提供服务&＃xff0c;另一台机器作为热备&＃xff0c;当这台机器出现故障时&＃xff0c;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&＃xff1f;

      心跳&＃xff0c;采用定时发送一个数据包&＃xff0c;如果机器多长时间没响应&＃xff0c;就认为是发生故障&＃xff0c;自动切换到热备的机器上去。

怎么实现自动切换那&＃xff1f;

      虚IP。何为虚IP那&＃xff0c;就是一个未分配给真实主机的IP&＃xff0c;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&＃xff0c;使用这两个IP中的 任意一个都可以连接到这台主机&＃xff0c;所有项目中数据库链接一项配置的都是这个虚IP&＃xff0c;当服务器发生故障无法对外提供服务时&＃xff0c;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&＃xff0c;以为是软件动态改IP地址&＃xff0c;其实不是这样&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;每台主机中都有一个ARP高速缓存&＃xff0c;存储同一个网络内的IP地址与MAC地址的对应关 系&＃xff0c;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&＃xff0c;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 bond

192.168.1.217、192.168.1.218是两台真实的电脑&＃xff0c;

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&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;也就是218的机器。