| 标题 | 使用VRRP技术提高网络的可靠性 |
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摘 要：随着Internet的快速发展，基于网络的应用越来越多，因此对网络的可靠性要求也越来越高。购买增加网络新设备是一种很好的解决方案，但从节约成本的角度考虑，采用较为廉价的冗余技术，可以在可靠性和经济性方面找到平衡点。VRRP是一种备份冗余解决方案。它共享多路访问介质（如以太网）上终端IP设备的默认网关进行冗余备份。当其中一台路由器设备出现故障时，备份路由器设备能够及时唤醒并完成转发任务，从而保持通信的连续性和可靠性。 关键词：可靠性；冗余技术；VRRP；多路访问 中图分类号：TP393 文献标识码：A 1 引言（Introduction） VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）虚拟路由冗余协议[1]，是一种容错协议。该协议把几台路由设备联合组合成一台虚拟的路由设备。该虚拟路由器在本地局域网有一个唯一的虚拟ID和虚拟IP地址。实际上，该虚拟路由器是由一个主设备和备份设备组成。正常情况下由主设备提供服务。当主设备出现故障时，由备份设备提供服务，从而保证网络的可靠性和连续性。 2 VRRP应用背景（VRRP application background） 采用VRRP可以很好地避免静态指定网关的缺陷[2]。如图1所示，用户主机通过配置默认网关来实现与外部网络的访问。图1中，内部网络上的所有主机（CLIENT1、CLIENT2、CLIENT3、CLIENT4）都配置了一个默认网关10.1.1.1。该路由器的下一跳指向主机所在网段内的一个路由器CLIENT1，CLIENT1将报文转发出去。这样，主机发出的目的地址不在本网段的报文将被通过默认路由发往CLIENT1，从而实现了主机与外部网络的通信。然而，一旦CLIENT1出现故障，主机将无法与其他网段通信。 为防止这种现象的产生，一个解决方案是在网络上多部署一台路由器[3]，为主机配置多个默认网关。这种方式表面上实现了网关冗余，但不能真正地做到网关冗余。如图2所示，HostA通过双网关去访问FTP Server，如果HostA正常工作，那么CLIENT1会把数据包发送给网关RouterA，然后由RouterA路由给FTP Server。如果RouterA因某种原因链路断开了，HostA无法感知到这个故障，而继续将报文发送给HostA。也就是说在这种情况下，没有机制可以使CLIENT1切換到另一个网关RouterB。 VRRP就是针对路由设备问题而提出的。它解决了静态默认路由环境中所固有的缺陷，对主机没有任何运行负担。VRRP通过使用虚拟路由器技术实现了备份主机的默认网关，同时还可以通过VRRP来达到网关的负载平衡。 3 VRRP转发机制（VRRP forwarding mechanism） 如图3所示，RouterA、RouterB、RouterC都是VRRP路由器[4]，三台路由器通过运行VRRP虚拟出一台路由器。这个虚拟路由器的IP地址被设置为RouterA的IP地址10.1.1.1。网络中主机的默认网关都为虚拟路由器的IP地址。 图3中，由于虚拟路由器使用RouterA的物理以太网接口的IP，因此RouterA就担当了主路由器的角色，RouterA被称为IP地址拥有者（owner）。作为主路由器，RouterA控制虚拟路由器的IP地址，并负责对发送到该虚拟IP地址的数据包进行转发。RouterB和RouterC为备用路由器。如果主路由器RouterA发生故障，作为备用路由器优先级较高的RouterB和RouterC将替代为主路由器。当RouterA恢复正常后，将再次成为主路由器。 4 VRRP选举机制（VRRP electoral mechanism） VRRP主要通过选举机制来确定主设备备份设备（Master或Backup）[5]。运行VRRP的一组路由器对外部形成一台虚拟路由器，在这组路由器当中只有一台路由器处于Master状态，而其他的路由器处于Backup状态。 运行VRRP的所有路由设备都会发送和接收VRRP通告消息，通告消息中包含该设备的VRRP优先级信息。VRRP主要通过比较该组路由设备的优先级来确定哪台设备是主设备，优先级高的路由器为主路由器，优先级低的路由器为备份路由器。如果VRRP组中存在虚拟IP地址与某一台VRRP路由器的地址相同时，这台路由器将成为主路由器，并且该路由器还具有最高优先级255[6]。 如图4所示，RouterA和RouterB的VRRP优先级为150，RouterC的VRRP优先级为默认的100，那么主路由器将在RouterA和RouterB之间产生。由于RouterA和RouterB的优先级相同，所以需要通过比较接口的IP地址。最终由于RouterB具有更大的接口IP地址，所以RouterB将成为该组的主路由器（Master），RouterA和RouterC成为备份路由器（Backup）。 5 VRRP基本配置（VRRP basic configuration） 如图5所示的拓扑中，RouterA与RouterB属于VRRP组23，虚拟IP地址为RouterA接口的地址，所以RouterA成为该组的IP地址拥有者和主路由器。HostA将其默认网关设置为虚拟IP地址[7]。 （1）RouterA的VRRP组配置 RouterA（config）#interface Fa 1/0 RouterA（config-if）#ip add 10.1.1.1 24 RouterA（config-if）#vrrp 23 10.1.1.1 RouterA（config-if）#end （2）RouterB的VRRP配置 RouterB（config）#interface Fa 1/0 RouterB（config-if）#ip add 10.1.1.1 24 RouterB（config-if）#vrrp 23 ip 10.1.1.1 RouterB（config-if）#end 配置完成后，可以使用命令show vrrp brief来查看VRRP组的状态。 （3）查看RouterA的VRRP状态 RouterA#show vrrp brief Interface Grp Pri Time Own Pre state Master addr Group addr FastEth1/0 23 255 3 O P Master 10.1.1.1 10.1.1.1 从RouterA的显示信息中可以看出，RouterA的优先级为255，作为VRRP组23的IP地址拥有者，并且状态为Master（主路由器）。 （4）查看RouterB的VRRP状态 RouteB#show vrrp brief Interface Grp Pri Time Own Pre state Master addr Group addr FastEth1/0 23 100 3 - P Backup 10.1.1.1 10.1.1.1 从RouterB的显示信息中可以看出，RouterB的优先级为默认值100，状态为Backup（备份路由器）。 （5）RouterA的VRRP优先级配置 RouterA（config）#interface Fa 1/0 RouterA（config-if）#ip add 10.1.1.1 24 RouterB（config-if）#vrrp 50 ip 10.1.1.50 RouterB（config-if）#vrrp 50 priority 120 RouterA（config-if）#end （6）RouterB的VRRP优先级配置 RouterB（config）#interface Fa 1/0 RouterB（config-if）#ip add 10.1.1.1 24 RouterB（config-if）#vrrp 50 ip 10.1.1.50 RouterB（config-if）#end 通過使用命令show vrrp brief来查看VRRP选举状态。 （7）查看RouterA的VRRP状态 RouterA#show vrrp brief Interface Grp Pri Time Own Pre state Master addr Group addr FastEth1/0 50 120 3 - P Master 10.1.1.1 10.1.1.50 从RouterA的显示信息中可以看出，RouterA的优先级为120，状态为Master（主路由器）。 （8）查看RouterB的VRRP状态 RouterB#show vrrp brief Interface Grp Pri Time Own Pre state Master addr Group addr FastEth1/0 50 120 3 - P Master 10.1.1.1 10.1.1.50 从RouterB的显示信息中可以看出，RouterB使用默认的优先级100，状态为Backup（备用路由器）。 6 结论（Conclusion） VRRP作为一种冗余备份解决方案，在共享多路访问介质（如以太网）上提供了网关的冗余性，使得当活动网关发生故障后，备份网关能够进行故障切换并接替转发工作[8]。 VRRP协议能够虚拟出逻辑上的路由器。一组VRRP路由器共同工作，一起形成一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外可视为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。除此之外为了提高冗余性，避免造成网络资源的浪费，还可以在VRRP中使用负载均衡。 参考文献（References） [1] 余侃民，钟赟，孙昱，等.DTN网络路由技术研究综述[J].计算机应用与软件，2016（07）：148-153. [2] 葛敬国，贺鹏，杨建华，等.通用平台虚拟路由器转发性能测试与改进[J].电子科技大学学报，2014（01）：95-100. [3] 李江昀，童朝南，孙一康，双过程机热备份集群系统的可信性建模与仿真[J].北京科技大学学报，2007（01）：76-81. [4] 欧仁辉，齐传辉，主雪梅.利用VRRP协议实现网络的负载均衡[J].河北工程技术高等专科学校学报，2010（01）：63-65. [5] 杨华.局域网中虚拟路由器集群的设计与实现[J].电脑知识与技术，2013（09）： 2070-2073；2080. [6] 吴乃星，廖建新，王晶.LRV负载均衡算法的研究与实现[J].北京邮电大学学报，2005（06）：73-78；109. [7] 张选波.使用多生成树协议进行网络配置[M].北京：电子工业出版社，2008：45-47. [8] 陈伟旭.基于IPv4的VRRP协议研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2012：21-26. 作者简介： 张文川（1981-），男，硕士，副教授.研究领域：计算机网络技术. |
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