基于Linux平臺(tái)配置浮動(dòng)IP實(shí)現(xiàn)跨地域容災(zāi)的研究與實(shí)現(xiàn)

王輝靜，劉君堯，劉云霞，汪衛(wèi)明

（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳 518172）

容災(zāi)技術(shù)是保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)高可用性的重要技術(shù)之一。當(dāng)生產(chǎn)站點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)或者手動(dòng)切換到容災(zāi)站點(diǎn)，以便繼續(xù)提供服務(wù)。當(dāng)進(jìn)行容災(zāi)切換時(shí)，如果對(duì)外提供服務(wù)的IP地址發(fā)生了變動(dòng)，那么外部訪問(wèn)用戶就需要知曉系統(tǒng)是否發(fā)生了容災(zāi)切換，以便確認(rèn)使用生產(chǎn)站點(diǎn)的服務(wù)IP地址還是容災(zāi)站點(diǎn)的服務(wù)IP地址來(lái)訪問(wèn)系統(tǒng)，給正常的訪問(wèn)帶來(lái)了不便。因此，此時(shí)保持系統(tǒng)對(duì)外提供服務(wù)的IP地址不變就尤為重要了，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生容災(zāi)切換時(shí)，要確保將生產(chǎn)站點(diǎn)的對(duì)外服務(wù)的IP地址，同時(shí)也切換到容災(zāi)站點(diǎn)上。

為了實(shí)現(xiàn)這種切換，當(dāng)前主要用到的技術(shù)有：（1）采用DNS，通過(guò)域名來(lái)屏蔽生產(chǎn)站點(diǎn)和容災(zāi)站點(diǎn)不同的IP地址。（2）將生產(chǎn)站點(diǎn)和容災(zāi)站點(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)直接大二層打通，采用二層組網(wǎng)+arp方式進(jìn)行IP地址的切換。上述兩種方案都存在一些問(wèn)題和缺陷，DNS方案需要單獨(dú)維護(hù)DNS成本較高，并且整體切換的效率比較低（一般為分鐘級(jí)或者小時(shí)級(jí)）；大二層打通組網(wǎng)方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求較高，需要在生產(chǎn)站點(diǎn)和容災(zāi)站點(diǎn)之間搭建VPN，有額外的成本支出[1]。

本文主要介紹了通過(guò)開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過(guò)與路由器的交互，實(shí)現(xiàn)跨3層組網(wǎng)下的IP地址切換，能夠有效實(shí)現(xiàn)異地跨地域故障切換，從而有效提升系統(tǒng)應(yīng)用穩(wěn)定性。

1 容災(zāi)系統(tǒng)的組網(wǎng)描述

容災(zāi)系統(tǒng)一般生產(chǎn)站點(diǎn)和容災(zāi)站點(diǎn)會(huì)部署在不同的地域（比如北京部署生產(chǎn)站點(diǎn)、上海部署容災(zāi)站點(diǎn)）。站點(diǎn)之間由于跨地域，一般采用3層組網(wǎng)。一般實(shí)現(xiàn)的組網(wǎng)圖如圖1所示。

在3層組網(wǎng)容災(zāi)系統(tǒng)中，用戶訪問(wèn)或者兩個(gè)站點(diǎn)之間通信，都是通過(guò)3層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，容災(zāi)系統(tǒng)對(duì)外提供的服務(wù)IP地址，對(duì)于用戶是固定的。

2 OSPF協(xié)議介紹

OSPF是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，鏈路是路由器接口的另一種說(shuō)法，因此OSPF也稱為接口狀態(tài)路由協(xié)議。

圖1 容災(zāi)系統(tǒng)3層組網(wǎng)示意

OSPF通過(guò)路由器之間通告網(wǎng)絡(luò)接口的狀態(tài)來(lái)建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)Dijkstra算法來(lái)生成最短路徑樹(shù)，每個(gè)OSPF路由器使用這些最短路徑構(gòu)造路由表。OSPF分為OSPFv2和OSPFv3兩個(gè)版本，其中OSPFv2用在IPv4網(wǎng)絡(luò)，OSPFv3用在IPv6網(wǎng)絡(luò)。OSPFv2是由RFC 2328定義的，OSPFv3是由RFC 5340定義的。

OSPF協(xié)議具有以下特點(diǎn)[2]：

（1）OSPF把自治系統(tǒng)（Autonomous System，AS）劃分成邏輯意義上的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。

（2）O S P F通過(guò)鏈路狀態(tài)通告（L i n k S t a t e Advertisement，LSA）的形式發(fā)布路由。

（3）OSPF依靠在OSPF區(qū)域內(nèi)各設(shè)備間交互OSPF報(bào)文來(lái)達(dá)到路由信息的統(tǒng)一。

（4）OSPF報(bào)文封裝在IP報(bào)文內(nèi)，可以采用單播或組播的形式發(fā)送。

OSPF路由協(xié)議是一種典型的鏈路狀態(tài)（Link-state）的路由協(xié)議，一般用于同一個(gè)路由域內(nèi)。所謂的路由域，是指一個(gè)AS，它是指一組通過(guò)統(tǒng)一的路由政策或路由協(xié)議互相交換路由信息的網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)AS中，所有的OSPF路由器都維護(hù)一個(gè)相同的描述這個(gè)AS結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是路由域中相應(yīng)鏈路的狀態(tài)信息，OSPF路由器正是通過(guò)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算出其OSPF路由表的。

OSPF協(xié)議工作流程如圖2所示。

圖2 OSPF協(xié)議工作流程示意

OSPF協(xié)議工作主要分為四大步驟：（1）尋找鄰居。通過(guò)兩次握手建立起鄰居關(guān)系，進(jìn)入鄰接關(guān)系確立階段。（2）建立鄰接關(guān)系。通過(guò)雙方的路由器ID來(lái)確定鄰接關(guān)系，路由器ID大的為主設(shè)備。確定好鄰接關(guān)系后，從設(shè)備以主設(shè)備的DD報(bào)文序列號(hào)向主設(shè)備發(fā)送DD報(bào)文，并轉(zhuǎn)換自己接收DD報(bào)文的接口為exchange狀態(tài)；主設(shè)備收到從設(shè)備DD報(bào)文后也將收到DD報(bào)文的接口轉(zhuǎn)換為exchange狀態(tài)。（3）鏈路狀態(tài)同步。主設(shè)備開(kāi)始向從設(shè)備發(fā)送帶有LSA header字段的報(bào)文，對(duì)從設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，測(cè)試鏈路狀態(tài)同步鄰居為FULL狀態(tài)。（4）計(jì)算路由。

3 基于OSPF實(shí)現(xiàn)跨三層浮動(dòng)IP地址原理

將需要配置浮動(dòng)IP地址（系統(tǒng)對(duì)外提供服務(wù)的IP地址）的Linux服務(wù)器模擬為一臺(tái)路由器，并在該Linux服務(wù)器上運(yùn)行OSPF協(xié)議，通過(guò)OSPF協(xié)議與真正的路由器進(jìn)行交互，將路由轉(zhuǎn)發(fā)到配置浮動(dòng)IP的服務(wù)器。同時(shí)在生產(chǎn)站點(diǎn)和容災(zāi)站點(diǎn)配置相同的IP地址（即浮動(dòng)IP地址），通過(guò)OSPF路由的選擇，在生產(chǎn)站點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)OSPF路由的重新計(jì)算，自動(dòng)將路由轉(zhuǎn)發(fā)到容災(zāi)站點(diǎn)的相同IP地址。即正常狀態(tài)下，路由轉(zhuǎn)發(fā)到生產(chǎn)站點(diǎn)；當(dāng)生產(chǎn)站點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)OSPF協(xié)議，重新計(jì)算路由，將路由轉(zhuǎn)發(fā)到容災(zāi)站點(diǎn)[3]。

4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

測(cè)試采用組網(wǎng)示意如圖3所示。

圖3 測(cè)試組網(wǎng)示意

配置為3個(gè)OSPF區(qū)域，正常情況下，由Linux服務(wù)器A發(fā)布VIP，當(dāng)Linux服務(wù)器A出現(xiàn)故障時(shí)，OSPF路由可以自動(dòng)選擇到Linux服務(wù)器B。

測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)OSPF協(xié)議進(jìn)行跨3層的IP地址浮動(dòng)，具有快速切換，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，無(wú)額外成本的優(yōu)勢(shì)，在異地容災(zāi)系統(tǒng)中可以參考使用。