什么是VIP？什么是IP漂移？

IP地址和MAC地址

在 TCP/IP 的架構下，所有想上網的電腦，不論是用何種方式連上網路，都必須要有一個唯一的 IP-address，事實上IP地址是主機硬體地址的一種抽象，簡單的說，MAC地址是物理地址，IP地址是邏輯地址，

什么是虛擬IP

虛擬IP地址(VIP) 是一個不與特定計算機或一個計算機中的網路介面卡(NIC)相連的IP地址，資料包被發送到這個VIP地址，但是所有的資料還是經過真實的網路介面，VIPs大部分用于連接冗余；一個VIP地址也可能在一臺計算機或NIC發生故障時可用，交由另一個可選計算機或NIC回應連接，虛擬IP地址的例子如：一個Loopback(無電路IP地址)作為不與在主機或路由器中任何一個特定介面(或電路)相關的IP地址，

虛擬IP就是一個未分配給真實主機的IP，也就是說對外提供服務器的主機除了有一個真實IP外還有一個虛IP，使用這兩個IP中的任意一個都可以連接到這臺主機，

• MAC地址 00:21:5A:DB:68:E8
  - 真實IP 192.168.1.217
  - 虛擬IP 192.168.1.219

虛擬IP可以用來做什么？可以解決什么問題？

一般可以用來做HA(High Availability)，比如資料庫服務器的URL可以使用一個虛擬IP，當主服務器發生故障無法對外提供服務時，動態將這個虛IP切換到備用服務器，即實作服務器熱備，故障自動切換，


1、客戶端訪問資料庫虛擬IP
2、通過ARP快取，找到對應的MAC地址
3、訪問真實服務器


1、真實服務器A宕機
2、真實服務器B沒有收到真實服務器A的心跳包
3、真實服務器B將虛擬IP系結到自己的MAC地址，并發送這個ARP包給路由器
4、路由器接收到后更新ARP快取
5、接著有請求虛擬IP的請求過來，都會被轉發到真實服務器B

什么是ARP協議

地址決議協議（英語：Address Resolution Protocol，縮寫：ARP）是一個通過決議網路層地址來找尋資料鏈路層地址的網路傳輸協議，它在IPv4中極其重要，

ARP是通過網路地址來定位MAC地址，

在以太網協議中規定，同一局域網中的一臺主機要和另一臺主機進行直接通信，必須要知道目標主機的MAC地址，而在TCP/IP協議中，網路層和傳輸層只關心目標主機的IP地址，這就導致在以太網中使用IP協議時，資料鏈路層的以太網協議接到上層IP協議提供的資料中，只包含目的主機的IP地址，于是需要一種方法，根據目的主機的IP地址，獲得其MAC地址，這就是ARP協議要做的事情，所謂地址決議（address resolution）就是主機在發送幀前將目標IP地址轉換成目標MAC地址的程序，


另外，當發送主機和目的主機不在同一個局域網中時，即便知道對方的MAC地址，兩者也不能直接通信，必須經過路由轉發才可以，所以此時，發送主機通過ARP協議獲得的將不是目的主機的真實MAC地址，而是一臺可以通往局域網外的路由器的MAC地址，于是此后發送主機發往目的主機的所有幀，都將發往該路由器，通過它向外發送，這種情況稱為委托ARP或ARP代理（ARP Proxy），
在點對點鏈路中不使用ARP，實際上在點對點網路中也不使用MAC地址，因為在此類網路中分別已經獲取了對端的IP地址，


在每臺安裝有TCP/IP協議的電腦或路由器里都有一個ARP快取表，表里的IP地址與MAC地址是一對應的，

ARP協議作業原理

以主機A（192.168.38.10）向主機B（192.168.38.11）發送資料為例，


1.當發送資料時，主機A會在自己的ARP快取表中尋找是否有目標IP地址，如果找到就知道目標MAC地址為（00-BB-00-62-C2-02），直接把目標MAC地址寫入幀里面發送就可，


2.如果在ARP快取表中沒有找到相對應的IP地址，主機A就會在網路上發送一個廣播（ARP request），目標MAC地址是“FF.FF.FF.FF.FF.FF”，這表示向同一網段內的所有主機發出這樣的詢問：“192.168.38.11的MAC地址是什么？”


3.網路上其他主機并不回應ARP詢問，只有主機B接收到這個幀時，才向主機A做出這樣的回應（ARP response）：“192.168.38.11的MAC地址是00-BB-00-62-C2-02”，此回應以單播方式，這樣，主機A就知道主機B的MAC地址，它就可以向主機B發送資訊，同時它還更新自己的ARP高速快取（ARP cache），下次再向主機B發送資訊時，直接從ARP快取表里查找就可，


ARP快取表采用老化機制，在一段時間內如果表中的某一行沒有使用，就會被洗掉，這樣可減少快取表的長度，加快查詢速度，

虛擬IP原理

虛擬IP的實作主要是靠 TCP/IP 的 ARP 協議，


因為IP地址只是一個邏輯地址，在以太網中 MAC 地址才是真正用來進行資料傳輸的物理地址，


以太網中的主機發送資料時會先從本地ARP快取中查詢目標 IP 對應的 MAC 地址，會向這個 MAC 地址發送資料，


作業系統或路由器會自動維護這個快取，

在Linux下可以使用arp命令操作ARP高速快取，

比如下面這個 ARP 快取示例：

(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

其中，192.168.1.217、192.168.1.218 是兩臺真實的電腦，192.168.1.217 為對外提供資料庫服務的主機，192.168.1.218 為熱備的機器，192.168.1.219 為虛IP，注意219、217的 MAC 地址是相同的，


當主服務器217一段時間沒有發送HeartBeat資料包給備份服務器218，備份服務器218規定時間內沒有收到217的HeartBeat資料包，（啰嗦一下）


這時備份服務器218 認為217 宕機，備份服務器218后會向網路發送一個 ARP 資料包，讓路由器修改路由表，告訴所有主機 192.168.1.219 這個IP對應的MAC地址是 00:21:5A:DB:7F:C2，這樣所有發送到 219 的資料包都會發送到 MAC 地址為 00:21:5A:DB:7F:C2 的機器，也就是 218 的機器，

配置和洗掉虛擬IP

假如主機有一個網卡 eth1，其對應一個IP為 192.168.1.217，現對其設定一個虛擬IP 192.168.1.219：

ifconfig eth1:1 192.168.1.219 netmask 255.255.255.0

洗掉該虛擬IP：

ip addr del 192.168.1.219 dev eth1

不過在網路運維中，更常見的是使用 keepalived 配置虛擬ip（vip）實作雙機熱備以及自動切換主備

如何查看本地作業系統上的ARP快取

MacOS

arp -nla

Linux

arp -nv

Windows

arp -a

總結

虛擬IP是未分配給真實主機的IP，是IP的一種，
結合ARP協議、心跳檢測機制、廣播ARP資料包，修改ARP快取中IP和MAC地址的對應關系，實作IP漂移，服務器自動切換

參考

• 虛擬IP和IP漂移
• 虛擬IP原理及使用
• ARP協議
• ARP

標籤：Linux

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