虚拟 IP原理（动态 IP 、固定 IP 、实体 IP）

1、虚拟ip概念：

分析虚拟IP前，先说一下：
动态 IP 、固定 IP 、实体 IP

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。

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。

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。

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，而VIP相反，是不与实际网卡绑定的的IP地址。当外网的上的一个机器，通过域名访问某公司内网资源时，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，就将数据包发往这个VIP。但是在内网中，这个VIP是不与具体的设备相连接的，所以外网发过来的目的地址是VIP的IP数据包，究竟会到哪台机器呢？

其实，这个在内网的过程是，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，也就是映射到不同的机器设备上，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，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，又被叫做双机热备，用于关键性业务。简单理解就是，有2台机器 A 和 B，正常是 A 提供服务，B 待命闲置，当 A 宕机或服务宕掉，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，一台 web 服务器一天24小时提供web服务，难免会存在 web 服务挂掉或服务器宕机宕机的情况，那么用户就访问不了服务了，这当然不是我们期望的。如果这样，有2台服务器，A对外提供 web 服务，B作为备用，如果A挂掉，那么B立刻替代A的位置去提供 web 服务，这样对用户来说是透明的。但是有个问题，服务器A的 ip 是 10.0.0.100，服务器B的 ip 是 10.0.0.101，显然向用户提供A或B的ip地址是不可行的，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：10.0.0.102，用户只需要访问 10.0.0.102，当A提供服务时，VIP 会设置在A服务器上，当B提供服务时，VIP会设置在B服务器上，这样就可以让用户通过访问 10.0.0.102 来获取web服务，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，并且把 nginx 服务作为 HA 对应的服务。

4、具体的实现（方案的细节）

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 bond

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。