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Kea 模块化 DHCPv4/v6 服务器：钩子扩展与高可用部署

ISC Kea 的模块化 C++ 架构，支持 Lua/Python/REST 钩子扩展、高性能租约管理和多种 HA failover 模式，提供工程化参数与监控要点。

Kea 是由 ISC 开发的现代开源 DHCPv4/v6 服务器，采用模块化 C++ 设计，完全取代已 EOL 的 ISC DHCP。它通过分离的守护进程（如 kea-dhcp4、kea-dhcp6 和 kea-dhcp-ddns）实现高内聚低耦合，仅加载所需组件，避免资源浪费。这种架构支持动态加载钩子模块，实现自定义扩展，同时结合多线程和数据库后端，确保高吞吐租约管理，并在高可用场景下无缝 failover。

模块化架构与钩子扩展框架

Kea 的核心在于其模块化组件设计。DHCPv4 和 DHCPv6 服务独立运行，DDNS 更新模块可选加载。这种分离允许按需部署，例如仅需 IPv4 支持时，只启动 kea-dhcp4。证据显示，Kea 使用 JSON 配置，支持在线 REST API 重载，无需重启服务，远优于 ISC DHCP 的静态配置。

扩展性通过钩子（Hooks）框架实现，支持 Lua、Python 和 REST 接口。Lua 钩子（libdhcp_lua.so）允许在 DHCP 生命周期（如 pkt4_receive、lease4_add）注入脚本，实现轻量自定义逻辑，例如基于 MAC 地址的客户端分类或外部 API 调用。Python 钩子类似，提供更丰富的库生态。REST 钩子则通过 kea-ctrl-agent（默认端口 8080）暴露 API，如 POST /commands 以 lease4-add 更新租约。

可落地参数清单：

  • 加载钩子：在 kea.conf 的 "Dhcp4.hooks-libraries" 中指定路径，如 [{"library": "/usr/lib/x86_64-linux-gnu/kea/hooks/libdhcp_lua.so"}]
  • Lua 脚本示例（pkt4_send 前调用）： 
    function lease4_renew(ctx)
  if ctx.subnet[1].id == 1 then
    ctx.response.options:add(ctx.server.tag, "custom-option")
  end
end
  • Python 钩子阈值：脚本执行超时设为 100ms，避免阻塞主线程。
  • REST API 认证：启用 TLS，证书路径 "cert-file": "/etc/kea/ca.pem"，用户 / 密码 via Basic Auth。

钩子是同步执行的，适用于低延迟场景；高负载下，优先异步库如 runscript（外部 shell）。

高吞吐租约管理

Kea 的多线程 IO 引擎支持数万 QPS，结合 MySQL/PostgreSQL 后端实现共享租约数据库。高吞吐依赖短租约（<1min）和连接池优化。数据库后端分离数据与执行，支持多服务器共享 leases，避免 JSON 文件锁竞争。

证据：官方基准显示，优化后 Kea 处理 10k+ 短租约 / 秒，远超单线程 ISC DHCP。Stork 仪表板监控池利用率、CPU / 内存。

部署参数：

  • 数据库配置： 
    "lease-database": {
  "type": "mysql",
  "host": "db.example.com",
  "name": "kea_leases",
  "user": "kea",
  "password": "secret",
  "pool-size": 20,  // 连接池，推荐 CPU 核数 * 2
  "max-row-size": 1000  // 批量插入阈值
}
  • 性能调优：
    参数 推荐值 说明
    threads CPU 核数 IO 线程池
    renew-timer 1h 租约续期间隔
    cache-size 1M 内存缓存 leases
    MySQL innodb_buffer_pool 70% RAM DB 优化

初始化 DB：kea-admin db-init mysql -u kea -p kea_leases -H localhost

风险：DB 延迟 >50ms 导致分配失败，回滚至 memfile 后端。

HA Failover 配置

Kea HA 钩子支持三种模式：负载均衡（load-balancing）、热备（hot-standby）和被动备份（passive-backup）。通过 REST heartbeat（默认 10s）同步状态和租约更新，实现自动 failover。

模式参数：

  • 热备（推荐中小规模）： 
    "high-availability": [{
  "this-server-name": "primary",
  "mode": "hot-standby",
  "peers": [{
    "name": "secondary",
    "url": "http://secondary:8080/",
    "role": "secondary",
    "auto-failover": true,
    "dialout-interval": 10  // heartbeat 秒数
  }],
  "heartbeat-timeout": 30  // 超时切换
}]
  • 负载均衡：需客户端分类分割池，如 test 类 50% 地址，避免冲突。
  • 时钟同步：NTP 必需，偏差 >30s 警告，>60s 终止 HA。

Failover 流程：

  1. Primary 分配租约，REST POST lease4-add 到 secondary。
  2. Heartbeat 失败 > timeout，切换 partner-down 状态，接管流量。
  3. 恢复：DB 同步（primary 优先）。

监控要点：

  • Stork Agent：部署于各节点，中央 dashboard 视池利用、HA 状态、uptime。
  • 日志：severity: DEBUG，监控 HA_STATE 变化。
  • 回滚：单机模式 "high-availability": []。

风险与限：

  • HA 仅活动服务器间同步，备份服务器延迟可能增 5-10ms。
  • 网络分区：配置 scope-check 防脑裂。

总结与最佳实践

Kea 的模块化设计结合钩子、DB 和 HA，提供生产级 DHCP 服务。起步：包管理安装（如 apt install kea），示例 conf 测试。规模化：DB + Stork + HA。迁移 ISC DHCP：用 Kea Migration Assistant。

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