論ＶＲＲＰ技術在廣域網中的應用

摘要：該文在對VRRP技術進行分析的基礎上，提出了VRRP技術如何在大型園區及負載均衡方面的典型應用。使VRRP技術在廣域網中的應用起到了拋磚引玉的作用。

關鍵詞：VRRP技術；園區網絡應用；負載均衡

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2009)05-1231-02

By the VRRP technology in WAN's application

WANG Xi-wen

(Hunan Commerce Professional Technology Institute， Changsha 410205， China)

Abstract: This article in carries on the analysis to the VRRP technology in the foundation， how proposed the VRRP technology in the large-scale campus and the load equalization aspect model application. Caused the VRRP technology in WAN's application the function which offered a few ordinary introductory remarks so that others may offer their valuable ideas.

Key words: VRRP technology; campus network application; load equalization

1 問題的提出

隨著網絡應用的不斷深入和發展，用戶對網絡可靠性的需求越來越高。網絡中路由器運行動態路由協議如RIP、OSPF可以實現網絡路由的冗余備份，當一個主路由發生故障后，網絡可以自動切換到它的備份路由實現網絡的連接。但是，對于網絡邊緣終端用戶的主機運行一個動態路由協議來實現可靠性是不可行的。一般企業局域網通過路由器連接外網，局域網內用戶主機通過配置默認網關來實現與外部網絡的訪問。

如圖1所示，內部網絡上的所有主機都配置了一個默認網關（GW:192.168.1.1），為路由器的E thernet0接口地址。這樣，內網主機發出的目的地址不在本網段的報文將通過默認網關發往RouterA，從而實現了主機與外部網絡通信。路由器在這里是網絡中的關鍵設備，當路由器RouterA出現故障時，局域網將中斷與外網的通信。對于依托網絡與外部業務往來頻繁的企業以及公司的分支機構與總部的聯系、銀行的營業網點與銀行數據中心的連接等方面的應用將因此受到極大的影響。為提高網絡的可靠性，在網絡構建時，往往多增設一臺路由器。但是，若僅僅在網絡上設置多個路由器，而不做特別配置，對于目標地址是其它網絡的報文，主機只能將報文發給預先配置的那個默認網關，而不能實現故障情況下路由器的自動切換。VRRP虛擬路由器冗余協議就是針對上述備份問題而提出，消除靜態缺省路由環境中所固有的缺陷。它不改變組網情況，只需要在相關路由器上配置極少幾條命令，在網絡設備故障情況下不需要在主機上做任何更改配置，就能實現下一跳網關的備份，不會給主機帶來任何負擔。

2 VRRP技術分析

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)是一種LAN接入設備容錯協議，VRRP將局域網的一組路由器（包括一個Master即活動路由器和若干個Backup即備份路由器）組織成一個虛擬路由器，稱之為一個備份組，如圖2所示。

VRRP將局域網的一組路由器，如圖2中的RouterA和RouterB 組織成一個虛擬的路由器。這個虛擬的路由器擁有自己的IP地址192.168.1.3，稱為路由器的虛擬IP地址。同時，物理路由器RouterA ，RouterB也有自己的IP地址（如RouterA的IP地址為192.168.1.1，RouterB的IP地址為192.168.1.2）。局域網內的主機僅僅知道這個虛擬路由器的IP地址192.168.1.3，而并不知道備份組內具體路由器的IP地址。在配置時，將局域網主機的默認網關設置為該虛擬路由器的IP地址192.168.1.3。于是，網絡內的主機就通過這個虛擬的路由器來與其它網絡進行通信，實際的數據處理由備份組內Master路由器執行。如果備份組內的Master路由器出現故障時，備份組內的其它Backup路由器將會接替成為新的Master，繼續向網絡內的主機提供路由服務。從而實現網絡內的主機不間斷地與外部網絡進行通信。

VRRP通過多臺路由器實現冗余，任何時候只有一臺路由器為主路由器，其他的為備份路由器。路由器間的切換對用戶是完全透明的，用戶不必關心具體過程，只要把缺省路由器設為虛擬路由器的IP地址即可。路由器間的切換過程：

1) VRRP協議采用競選的方法選擇主路由器。比較各臺路由器優先級的大小，優先級最大的為主路由器，狀態變為Master。 若路由器的優先級相同，則比較網絡接口的主IP地址，主IP地址大的就成為主路由器，由它提供實際的路由服務。

2) 主路由器選出后，其它路由器作為備份路由器，并通過主路由器發出的VRRP報文監測主路由器的狀態。當主路由器正常工作時，它會每隔一段時間發送一個VRRP組播報文，以通知備份路由器，主路由器處于正常工作狀態。如果組內的備份路由器長時間沒有接收到來自主路由器的報文，則將自己狀態轉為Master 。當組內有多臺備份路由器時，重復第1步的競選過程。通過這樣一個過程就會將優先級最大的路由器選成新的主路由器，從而實現VRRP的備份功能。

3 VRRP技術應用于大型園區網絡

VRRP技術不但用于上述局域網連接外網的路由器的備份，還廣泛用于大型園區網絡核心層三層交換機的冗余備份。在大型園區網絡中，核心層處于網絡的中心，網絡之間的大量數據都通過核心層設備進行交換，同時承擔不同VLAN之間路由的功能。核心層設備一旦宕機，整個網絡即面臨癱瘓。因此，在園區網絡設計中，核心設備的選擇，一方面要求其具有強大的數據交換能力，另一方面要求其具有較高的可靠性，一般選擇高端核心三層交換機。同時，為進一步提高核心層的可靠性，避免核心層設備宕機造成整個網絡癱瘓，一般在核心層再放置一臺設備，作為另一臺設備的備份，一旦主用設備整機出現故障，立即切換到備用設備，確保網絡核心層的高度可靠性。

核心層三層交換機的切換需要應用VRRP技術。如圖3所示（為簡便起見，以兩層結構的網絡為例），為提高網絡的可靠性，在網絡核心層放置兩臺三層交換機（S1、S2），接入層二層交換機（SW1、SW2、…、SWn）分別連接兩臺核心交換機。在大型園區網絡中，為抑制廣播信號，提高網絡的性能，同時實現網絡的安全訪問控制，一般根據具體情況將整個網絡分成多個不同的VLAN，V LAN中主機的默認網關設置為三層交換機上VLAN的接口地址。

VRRP協議將網絡中兩臺三層交換機（S1、S2）組成VRRP備份組，針對于網絡中每一個VLAN接口，備份組都擁有一個虛擬缺省網關地址。如圖以VLAN3為例，VRRP備份組設置VLAN3的虛擬IP地址（譬如：192.168.3.1），備份組中S1、S2同時分別擁有自己的VLAN3的接口IP（譬如分別為：192.168.3.2，192.168.3.3），VLAN3內主機的默認網關則設為VRRP備份組VLAN3的虛擬IP地址（192.168.3.1）。VLAN3內的主機通過這個虛擬IP訪問VLAN3之外的網絡資源，但實際的數據處理有備份組內活動（Master）交換機執行。如果活動交換機發生了故障，VRRP協議將自動由備份交換機（Backup）來替代活動交換機。由于網絡內的終端配置了VRRP虛擬網關地址，發生故障時，虛擬交換機沒有改變，主機仍然保持連接，網絡將不會受到單點故障的影響，這樣就很好地解決了網絡中核心交換機切換的問題。

4 VRRP用于負載均衡

在VRRP 中，允許一臺路由器加入多個備份組，通過多備份組設置可以實現負荷分擔。

如圖2所示，路由器RouterA作為備份組1的Master路由器，同時又為備份組2 的Backup備份路由器。而路由器RouterB正相反，作為備份組2 的Master，并為備份組1 的Backup備份路由器。一部分主機使用備份組1 的虛擬IP作網關，另一部分主機使用備份組2的虛擬IP作為網關。這樣，既達到分擔數據流，又實現相互備份的目的。

路由器配置（實際IP， RouterA :192.168.1.1/24，RouterB：192.168.1.2/24）

兩臺路由器互為備份。在路由器正常時，兩臺路由器各自分擔一部分數據流量；當其中一臺路由器出現故障時，另一臺路由器就會自動分擔起所有數據流量，數據的傳輸不會受到任何的影響。這樣既達到負載均衡，又實現相互備份的目的。

5 結論

對于使用固定網關的網絡，當此網關出現故障時，要想將故障對用戶的影響降低到最小，VRRP協議無疑是最低價的選擇。對于使用多個網關的網絡中可以使用VRRP協議讓不同的網關之間互相備份，這樣既不會增加網絡設備，同時又達到了熱備份的目的，使網絡故障發生時用戶的損失降至最低。而且VRRP 是RFC 標準協議，能方便地實現各廠家設備間的互通。正是由于VRRP 具有這些優點，使得它成為建設一個穩定可靠網絡所需的有力工具。

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