利用V RRP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡

歐仁輝,齊傳輝,主雪梅

(1.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校成教處,河北滄州 061001;2.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校計算機系,河北滄州 061001; 3.河北工程技術(shù)學(xué)校?？茖W(xué)校圖書館,河北滄州 061001)

利用V RRP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡

歐仁輝1,齊傳輝2,主雪梅3

(1.河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校成教處,河北滄州 061001;2.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校計算機系,河北滄州 061001; 3.河北工程技術(shù)學(xué)校?？茖W(xué)校圖書館,河北滄州 061001)

本文分析了虛擬路由冗余協(xié)議(V RRP)的技術(shù)特點,通過對V RRP協(xié)議的研究來闡述如何實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的均衡負(fù)載。

V RRP;負(fù)載均衡;虛擬路由;VRID

隨著Internet的迅猛發(fā)展,基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用逐漸增多,這就對網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了更高的要求。VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol,虛擬路由器冗余協(xié)議)是一種備份冗余解決方案,它共享多路訪問介質(zhì)(如以太網(wǎng))上終端IP設(shè)備的默認(rèn)網(wǎng)關(guān),并進(jìn)行冗余備份,從而在其中一臺路由設(shè)備宕機時,備份路由設(shè)備能夠及時接管轉(zhuǎn)發(fā)工作,為用戶提供透明的切換,提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

VRRP消除了靜態(tài)默認(rèn)路由環(huán)境中所固有的缺陷,通過使用虛擬路由技術(shù)實現(xiàn)了主機默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的備份,同時可以通過V RRP來實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡。

1 VRRP工作原理

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)是IET F制定的虛擬路由器冗余協(xié)議,該協(xié)議用于避免在靜態(tài)配置缺省路由環(huán)境下存在的單點故障問題。

1.1 VRRP術(shù)語

VRRP路由器:運行VRRP的路由器,它是物理實體。主路由器和備份路由器是VRRP中的兩種路由器角色。

虛擬路由器:VRRP協(xié)議虛擬邏輯上的路由器,一組V RRP路由器協(xié)同工作,共同構(gòu)成一臺虛擬路由器。該虛擬路由器對外表現(xiàn)為一個具有唯一固定IP地址和M AC地址的邏輯路由器。其對外表現(xiàn)的虛擬MAC地址格式為00-00-5E-00-01-[VRID],每個VRRP組中的路由器都有一個唯一的標(biāo)識:VRID,取值范圍為0～255,這個范圍決定運行VRRP的路由器屬于哪一個VRRP組。

1.2 VRRP的工作狀態(tài)

VRRP有三個工作狀態(tài):Initialize狀態(tài)(初始狀態(tài)),等待VRRP廣播報文;Master狀態(tài)(活動狀態(tài)),作為轉(zhuǎn)發(fā)路由器響應(yīng)虛擬路由器的ARP請求;Backup狀態(tài)(備份狀態(tài)),監(jiān)控主路由器的狀態(tài)和可用性不響應(yīng)虛擬路由器的ARP請求,當(dāng)主路由器出現(xiàn)問題的時候替代成為主路由器。

1.3 VRRP的選舉機制

VRRP使用選舉機制來確定路由器的狀態(tài)(Master或Backup)。運行VRRP的一組路由器對外組成了一個虛擬路由器,其中一臺路由器處于Master狀態(tài),其他的處于Backup狀態(tài)。

運行VRRP的路由器都會發(fā)送和接收VRRP通告消息,在通告消息中包含了自身的V RRP優(yōu)先級信息。VRRP通過比較路由器的優(yōu)先級進(jìn)行選舉,優(yōu)先級高的路由器將成為主路由器,其他路由器都為備份路由器。

虛擬路由器和VRRP路由器都有自己的IP地址(虛擬路由器的IP地址可以和VRRP備份組內(nèi)的某個路由器的接口地址相同)。如果VRRP組中存在IP地址擁有者,即虛擬地址與某臺VRRP路由器的地址相同時,IP地址擁有者將成為主路由器,并且擁有最高優(yōu)先級255。如果VRRP組中不存在IP地址擁有者, VRRP路由器將通過比較優(yōu)先級來確定主路由器。路由器可配置的優(yōu)先級范圍為1～254,默認(rèn)情況下VRRP路由器的優(yōu)先級為100。當(dāng)優(yōu)先級相同時,VRRP將通過比較IP地址來進(jìn)行選舉,IP地址大的路由器將成為主路由器。

2 基于V RRP的負(fù)載均衡應(yīng)用

2.1 VRRP路由冗余備份原理

同一V RRP組中有兩個互斥的角色:主路由器和備份路由器。一個V RRP組中只有一臺處于主控角色的路由器,還有一個或多個處于備份角色的路由器。VRRP使用選舉機制從一組VRRP路由器中選出一臺作為主路由器,負(fù)責(zé)ARP響應(yīng)和IP數(shù)據(jù)包,組中的其他路由器作為備份的角色處于待命狀態(tài)。當(dāng)由于某種原因主路由器發(fā)生故障時,備份路由器能在幾秒鐘的時延后升級為主路由器。由于切換速速非常迅速而且終端不用改變默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的IP地址和MAC地址,故對終端使用者系統(tǒng)是透明的。

2.2 VRRP負(fù)載均衡原理

在標(biāo)準(zhǔn)的VRRP運行環(huán)境中,主路由器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)虛擬IP地址的數(shù)據(jù),備份路由器不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),只偵聽主路由器的狀態(tài),在必要的時刻進(jìn)行故障切換。在主路由器承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的同時,備份路由器的鏈路將處于空閑狀態(tài),這必然造成了寬帶資源的浪費。

為了提高冗余性,并避免造成寬帶資源的浪費,可以在V RRP中使用負(fù)載均衡。VRRP負(fù)載均衡是通過將路由器加入到多個V RRP組實現(xiàn)的,使VRRP路由器在不同的組中擔(dān)任不同的角色。例如圖1中,RouterA作為V RRP組35的主路由器,同時又作為VRRP組36的備份路由器;而RouterB正相反,作為VRRP組36的主路由器,同時又作為VRRP組35的備份路由器。一部分主機使用VRRP組35的虛擬地址作網(wǎng)關(guān),另一部分主機使用VRRP組36的虛擬地址作為網(wǎng)關(guān),這樣物理路由器可以實現(xiàn)同時工作,同時分擔(dān)數(shù)據(jù)流,達(dá)到負(fù)載均衡的目的。

通過這樣的部署和配置,可以看到Client1和Client2發(fā)送到其他子網(wǎng)的數(shù)據(jù)流由RouterA轉(zhuǎn)發(fā), Client3和Client4發(fā)送到其他子網(wǎng)的數(shù)據(jù)流由RouterB轉(zhuǎn)發(fā)。這樣RouterA和RouterB帶寬都被合理的利用,避免了某條鏈路作為備份而產(chǎn)生的空閑狀態(tài)。這樣不僅提高了冗余性,還提供了流量的負(fù)載均衡。

RouterA的VRRP負(fù)載均衡配置如下:

RouterB的VRRP負(fù)載均衡配置如下:

圖1 VRRP負(fù)載均衡

3 結(jié)束語

VRRP一方面可以實現(xiàn)路由冗余,避免了單路由通信容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)中斷和擁塞的問題;另一方面路由器間相互備份,可以實現(xiàn)多個物理路由器同時工作,同時分擔(dān)數(shù)據(jù)流,進(jìn)而達(dá)到負(fù)載均衡的目的。

實際上,VRRP并不具備對流量進(jìn)行監(jiān)控的機制,他的負(fù)載均衡是通過使用多個V RRP組來實現(xiàn)的,并且這種負(fù)載還需要終端配置的配合,即讓不同的終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到不同的V RRP組。而且VRRP是RFC標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,能方便地實現(xiàn)各廠家設(shè)備間的互通,正是由于VRRP具有這些優(yōu)點,使得它成為建設(shè)一個穩(wěn)定可靠網(wǎng)絡(luò)所需的有力工具。

[1] 黃偉強,孟克勛.V RRP路由協(xié)議的應(yīng)用[J].華南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,(4):53-58.

[2] 曾峰.VRRP協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)安全的高可靠性[J].計算機安全,2006,(23):30-32.

[3] 劉愛潔.負(fù)載均衡技術(shù)淺析[J].電氣工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2006,(6):78-83.

(責(zé)任編輯:路文梅)

VRRP Protocol Used for Network Load Balancing

OU Ren-hui1,QI Chuan-hui2,ZHU Xue-mei3
(1.Office of Adult Education,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou 061001,China;
2.Department of Computer Science,Hebei Engineering and Technical Colleg e,Cangzhou 061001,China;
3.Library,Hebei Engineering and Technical College,Cangzhou 061001,China)

This paper analyzes the technical characteristics of the Virtual Routing Redundancy Protocol (V RRP).Through the study of VRRP protocol,it expounds how to achieve a balanced network load.

VRRP;load balancing;virtual route;V RID

T P393.02

A

1008-3782(2010)01-0063-03

2009-12-15

歐仁輝(1982-)男,湖南永州人,河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校助教。