計算機園區(qū)網(wǎng)路由冗余與負載均衡設(shè)計

摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，網(wǎng)絡(luò)訪問流量急劇增加，網(wǎng)絡(luò)路由器負荷加大。增加網(wǎng)絡(luò)路由器數(shù)量，實現(xiàn)路由器之間的冗余與負載均衡，是緩解這一矛盾的主要方法。本文運用MSTP和VRRP協(xié)議，著重從如何建立路由器冗余與負載均衡的角度，進行了設(shè)計研究，經(jīng)過這樣配置設(shè)計，可有效解決網(wǎng)絡(luò)訪問瓶頸問題，改善網(wǎng)絡(luò)速度。

關(guān)鍵詞：路由器 冗余 負載均衡 MSTP VRRP

中圖分類號：TP393.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）10-0000-00

Abstract：With the widespread use of the Internet， a sharp increase in network traffic， network router load increase. Increase the number of network routers， for redundancy and load balancing routers， is the main method to alleviate this contradiction. In this paper， MSTP and VRRP protocol， focusing on how to build from the perspective of redundancy and load-balancing router， carried out design studies， through this configuration design， can effectively resolve network access bottlenecks， improve network speed.

Key Words：router； redundancy； load Balancing；MSTP；VRRP

伴隨網(wǎng)絡(luò)訪問快速增加，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備路由器負荷不斷加大，造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，嚴重影響訪問速度。通過增加路由器數(shù)量，實現(xiàn)冗余及路由器間的負載均衡，成為提升網(wǎng)絡(luò)速度的重要方法。本文對如何實現(xiàn)路由器間冗余負載均衡進行了設(shè)計研究。

1 多生成樹協(xié)議與多生成樹域

多生成樹協(xié)議（Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP）是IEEE 802.1s中定義的一種新型的將多個VLAN整合到一個集合中的實例化生成樹協(xié)議。MSTP能夠通過干道（trunks）建立多個生成樹，關(guān)聯(lián)多個VLAN到相關(guān)的生成樹進程，每個生成樹進程具備單獨于其他轉(zhuǎn)發(fā)路徑的拓撲結(jié)構(gòu)。MST多生成樹提供了多個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑和負載均衡，當(dāng)某個轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生故障時，不會影響其他轉(zhuǎn)發(fā)路徑，因此，MSTP提高了網(wǎng)絡(luò)容錯能力。

2 虛擬路由冗余協(xié)議及應(yīng)用

虛擬路由冗余協(xié)議（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）設(shè)計采用主備模式，將VRRP 組內(nèi)多個路由設(shè)備都映射為一個虛擬路由設(shè)備。一個VRRP組中只能有一臺處于主控角色的路由器，可以有一個或者多個處于備份角色的路由器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 園區(qū)網(wǎng)VRRP+MSTP的配置設(shè)計

3.1路由冗余與負載均衡設(shè)計

依據(jù)圖1的結(jié)構(gòu)，可在核心層設(shè)置VRRP虛擬設(shè)備組，其中RS1為主設(shè)備即Master，以及備份設(shè)備RS2即Backup。設(shè)置RS1、RS2的VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)IP地址和虛擬設(shè)備VLAN子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)IP地址。在RS1、RS2以及R2間運行OSPF動態(tài)路由協(xié)議，屬于OSPF Area 200。

先在匯聚與接入交換機S1，S2，┅S6上建立VLAN數(shù)據(jù)庫。在RS1、RS2核心交換機和匯聚與接入交換機S1，S2，┅S6上建立兩個MSTP實例，即Instance0和Instance1。其中Instance0包括Vlan10，Vlan30，┅；而Instance1包括Vlan20，Vlan40等。

將RS1、RS2路由交換機和S1，S2，┅S6二層交換機互連的吉比特光口設(shè)置為Trunk類型，允許網(wǎng)中的所有VLAN互通。把交換機連接PC的端口設(shè)為Access類型，并將這些端口設(shè)置在指定VLAN中。完成這些設(shè)置后，在園區(qū)網(wǎng)內(nèi)，主機A使用虛擬設(shè)備1的IP地址177.17.10.1作為默認網(wǎng)關(guān)，主機B使用虛擬設(shè)備2的IP地址177.17.10.1作為默認網(wǎng)關(guān)。則RS1和RS2就實現(xiàn)了路由網(wǎng)關(guān)冗余，網(wǎng)絡(luò)客戶機的流量實現(xiàn)了分擔(dān)，負載平衡得以實現(xiàn)。具體配置設(shè)計由以下過程實現(xiàn)。

3.2路由交換機配置VRRP組

依據(jù)上面的路由與負載均衡的設(shè)計方式，可以看出RS1和RS2互為路由網(wǎng)關(guān)熱備份模式，假如，把VLAN為奇數(shù)的VLAN由RS1完成VLAN間路由，把VLAN為偶數(shù)的VLAN由RS2完成VLAN間路由。則可配置如下：

（1）主核心設(shè)備VRRP的配置設(shè)計：

RS1（config）# interface vlan 10 ；配置Vlan10的IP地址。

RS1（config-if）# ip address 177.17.10.2 254.254.254.0

RS1（config-if）# standby 1 ip 177.17.10.1 ；配置vlan10的虛擬網(wǎng)關(guān)IP。

RS1（config-if）# standby 1 preempt ；設(shè)為搶占模式。

RS1（config-if）# standby 1 priority 254 ；vlan10的standby優(yōu)先級設(shè)為254。

在同一個VLAN中，優(yōu)先級較高的設(shè)備成為master，較低的設(shè)備成為backup。master的虛擬網(wǎng)關(guān)生效。Standby（備用的）默認優(yōu)先級為100。

RS1（config）# interface vlan 20 ；配置Vlan20的IP地址。

RS1（config-if）# ip address 177.17.20.3 254.254.254.0

RS1（config-if）# standby 1 ip 177.17.20.1 ；配置vlan20的虛擬網(wǎng)關(guān)IP。

RS1（config-if）# standby 1 preempt ；設(shè)為搶占模式，Vlan20的standby不設(shè)置優(yōu)先級，默認為100。

以上是在RS1進行的配置，同理，在RS2上以相同的方式配置RS2。

（2）備份核心設(shè)備VRRP配置：

RS2（config）# interface vlan 10 ；配置Vlan10的IP地址。

RS2（config-if）# ip address 177.17.10.3 254.254.254.0

RS2（config-if）# standby 1 ip 177.17.10.1 ；配置vlan10的虛擬網(wǎng)關(guān)IP。

RS2（config-if）# standby 1 preempt ；設(shè)為搶占模式。

RS2（config）# interface vlan 20 ；配置Vlan20的IP地址。

RS2（config-if）# ip address 177.17.20.2 254.254.254.0

RS2（config-if）# standby 1 ip 177.17.20.1 ；配置vlan20的虛擬網(wǎng)關(guān)IP。

RS2（config-if）# standby 1 preempt ；設(shè)為搶占模式。

RS2（config-if）# standby 1 priority 254 ；vlan20的standby優(yōu)先級設(shè)為254。

完成以上配置后，交換機間的上行的數(shù)據(jù)實現(xiàn)負載均衡，要實現(xiàn)下行數(shù)據(jù)的負載均衡，要在RS1和RS2上對路由協(xié)議配置優(yōu)先級。

（3）主核心設(shè)備設(shè)置奇數(shù)VLAN路由優(yōu)先級。

RS1（config）# interface vlan 20 ；進入Vlan20配置。

RS1（config-if）#ip ospf cost 65535 ；將vlan20的ospf開銷值置為65535（>1即可）

……

（4）備份核心設(shè)備設(shè)置偶數(shù)VLAN路由優(yōu)先級。

RS2（config）# interface vlan 10 ；進入Vlan10配置。

RS2（config-if）#ip ospf cost 65535 ；將vlan20的ospf開銷值置為65535（>1即可）

則實現(xiàn)了奇數(shù)VLAN、偶數(shù)VLAN分別通過RS1和RS2的下行。

（5）主核心設(shè)備設(shè)置MSTP的優(yōu)先級（priority值小的優(yōu)先級較高）。配置較高優(yōu)先級是為了RS1被選作mst 1的根節(jié)點，以便vlan10、vlan30等奇數(shù)Vlan流量通過RS1轉(zhuǎn)發(fā)。

RS1（config）#spanning-tree mst 1 priority 4096 ；實例1在RS1的優(yōu)先級為4096。

RS1（config）#spanning-tree mst 2 priority 8192 ；實例2在RS1的優(yōu)先級為8192。

（6）備份核心設(shè)備設(shè)置MSTP的優(yōu)先級。配置較高優(yōu)先級是為了RS2被選作mst 2的根節(jié)點，以便vlan20、vlan40等偶數(shù)Vlan流量通過RS2轉(zhuǎn)發(fā)。

RS2（config）#spanning-tree mst 1 priority 8192 ；實例1在RS1的優(yōu)先級為8192。

RS2（config）#spanning-tree mst 2 priority 4096 ；實例2在RS1的優(yōu)先級為4096。

3.3匯聚與接入交換機配置MSTP

對匯聚層和接入層交換機設(shè)備開啟生成樹協(xié)議，設(shè)置生成樹的類型，并創(chuàng)建MSTP實例。如以S1為例配置MSTP。

S1（config）#spanning-tree ；開啟生成樹協(xié)議。

S1（config）#spanning-tree mode mstp ；配置生成樹類型。

S1（config）#spanning-tree mst configuration

S1（config-mst）#instance 1 vlan 10，30 ；將vlan10，vlan30放入實例1中，每個實例都會生成一個獨立的生成樹域。

S1（config-mst）#revision 1 ；配置多生成樹的版本號。

S1（config-mst）#instance 2 vlan 20，40 ；將vlan20，vlan40放入實例2中。

S1（config-mst）#revision 1

S1（config-mst）#exit

同理，依此對S2，┅，S6配置其MSTP。

4 結(jié)語

對已經(jīng)設(shè)計配置的環(huán)境可以進行測試，首先確認備份組內(nèi)是否至少有一臺設(shè)備處于活動狀態(tài)，可通過show vrrp命令查看VRRP信息。當(dāng)本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與虛擬設(shè)備在同一網(wǎng)段時，只需要考察本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的ARP表中是否有虛擬IP地址的ARP項，若沒有則要檢查網(wǎng)絡(luò)線路；當(dāng)本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與虛擬設(shè)備不在同一網(wǎng)段時，則要確認在本地網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上有無到虛擬IP地址的路由。通過這樣的設(shè)計與配置，可較好實現(xiàn)路由間冗余和負載均衡，有效提升網(wǎng)絡(luò)的訪問速度。

參考文獻

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收稿日期：2015-09-22

作者簡介：雷偉軍（1966—），男，陜西西安人，碩士，副教授，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用。