利用VRRP增強網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究與實現(xiàn)

1、 利用VRRP增強網(wǎng)絡(luò)可靠性的研究與實現(xiàn) 摘要：VRRP是一種容錯協(xié)議，它保證當(dāng)局域網(wǎng)內(nèi)主機的下一跳路由器出現(xiàn)故障時，可以及時的由另一臺路由器來代替。VRRP特性增強技術(shù)是一項VRRP實現(xiàn)快速切換的技術(shù)，通過VRRP 綁定的BFD完成鏈路的快速檢測，然后通過配置保證VRRP實現(xiàn)快速切換。 關(guān)鍵詞：VRRPBFD局域網(wǎng) 路由器一、虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）隨著Internet的發(fā)展人們對網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來越高，特別是對于終端用戶來說能夠時時與網(wǎng)絡(luò)其他部分保持通信是非常重要的。虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）提供一種解決方案能夠保證終端用戶與網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系可靠穩(wěn)定不中斷。 一般來說主機通過設(shè)置默認(rèn)

2、網(wǎng)關(guān)，來與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，因為這樣配置非常簡單。網(wǎng)絡(luò)上的主機設(shè)置了默認(rèn)網(wǎng)關(guān)（172.21.1.1），該路由的下一跳指向主機所在網(wǎng)段內(nèi)的一個路由器的接口IP地址，由路由器將報文轉(zhuǎn)發(fā)出去。這樣，主機發(fā)出的目的地址不在本網(wǎng)段的報文將被通過缺省路由發(fā)往路由器，從而實現(xiàn)了主機與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。然而，當(dāng)路由器出現(xiàn)故障時，主機將與外界失去聯(lián)系，僅僅在網(wǎng)絡(luò)上多加一臺路由器并不能解決問題。大多數(shù)主機只允許配置一個默認(rèn)網(wǎng)關(guān)；所以，不管網(wǎng)絡(luò)上存在多少個路由器，對于目標(biāo)是其他網(wǎng)絡(luò)的報文，主機只能使用已經(jīng)配置好的那個默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。 如果需要通過其他路由器訪問遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，就需要手工修改所有主機的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址。VRRP的出現(xiàn)使解決

3、這個問題變得簡單，它不改變組網(wǎng)情況，不需要在主機上做任何配置，只需要在相關(guān)路由器上配置極少的幾條命令，就能實現(xiàn)下一跳網(wǎng)關(guān)的備份，不會給主機帶來任何負(fù)擔(dān)。和其他方法比較起來，VRRP使用起來簡單方便。 VRRP是一種容錯協(xié)議，它為具有組播或廣播能力的局域網(wǎng)，(如以太網(wǎng))設(shè)計，它保證當(dāng)局域網(wǎng)內(nèi)主機的下一跳路由器出現(xiàn)故障時，可以及時的由另一臺路由器來代替，從而保持通訊的連續(xù)性和可靠性。為了使VRRP工作，要在路由器上配置虛擬路由器號和虛擬IP地址。VRRP將局域網(wǎng)的一組路由器（Router1和Router2）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172.21.1.1。當(dāng)然，物理路

4、由器Router1、Router2也有自己的IP地址（RouterA的IP地址為172.21.1.2，RouterB的IP地址為172.21.1.3）。局域網(wǎng)內(nèi)的主機僅僅知道這個虛擬路由器的IP地址172.21.1.1，而并不知道具體的RouterA的IP地址以及RouterB的IP真實地址，他們將自己的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，設(shè)置為該虛擬路由器的IP地址172.21.1.1。于是，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機就通過這個虛擬的路由器來與其他網(wǎng)絡(luò)進行通信。而對于這個虛擬路由器則需要進行如下工作： （1）根據(jù)優(yōu)先級的大小挑選主路由器。優(yōu)先級最大的成為主路由器，狀態(tài)為Master ，若優(yōu)先級相同，則比較接口的真實IP地址。 （2

5、）其它路由器作為備份路由器，隨時監(jiān)測主路由器的狀態(tài)。當(dāng)主路由器正常工作時，它會每隔一段時間發(fā)送一個VRRP組播報文，以通知組內(nèi)的備份路由器主路由器處于正常工作狀態(tài)。如果組內(nèi)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(tài)轉(zhuǎn)為Master。當(dāng)組內(nèi)有多臺備份路由器時將有可能產(chǎn)生多個主路由器。這時每一個主路由器就會比較VRRP報文中的優(yōu)先級和自己本地的優(yōu)先級。如果本地的優(yōu)先級小于VRRP報文中的優(yōu)先級，則將自己的狀態(tài)轉(zhuǎn)為Backup，否則保持自己的狀態(tài)不變。通過這樣一個過程，就會將優(yōu)先級最大的路由器選成新的主路由器，完成VRRP的備份功能。 從上述分析可以看到，對于網(wǎng)絡(luò)中的主機來說，它并

6、沒有做任何額外的工作，但是它對外的通信再也不會因為一臺路由器出現(xiàn)故障而受到影響了。正常情況下，當(dāng)一臺路由器的鏈路出現(xiàn)故障或掉電后，備份路由器需要3至10秒鐘才能夠進行切換，這樣的IP網(wǎng)絡(luò)如果作為延時敏感的業(yè)務(wù)，例如：語音、視頻數(shù)據(jù)的承載，不能夠很好地滿足客戶的需要。因此，需要對傳統(tǒng)的VRRP協(xié)議進行優(yōu)化和增強，使得VRRP的主備切換時間滿足電信級業(yè)務(wù)承載網(wǎng)所需的故障收斂時間，保證網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的高可靠性。 二、VRRP特性增強技術(shù)VRRP特性增強技術(shù)是使用了BFD快速檢測鏈路up/down的機制和VRRP與BFD進行綁定提升優(yōu)先級等兩大關(guān)鍵技術(shù)來實現(xiàn)VRRP的快速切換的。VRRP特性增強技術(shù)是一種

7、基于傳統(tǒng)VRRP協(xié)議，但又超出VRRP協(xié)議來進行狀態(tài)切換的一項新技術(shù)。VRRP快速切換功能，加快了主備倒換的速度，保證故障切換時間在1秒以內(nèi)。同時VRRP增強不僅在備份組所在的接口出現(xiàn)故障時提供備份功能，而且在Master和Backup不直連或直連但有其他交換機的情況下，通過引入BFD也可以提供快速的備份保護。VRRP特性增強引入BFD快速檢測機制，通過單跳或多跳BFD檢測Slave和Master之間的實地址通信是否正常。 （一）BFD快速故障檢測 BFD （Bidirectional Forwarding Detection）的目的是提供輕負(fù)荷、持續(xù)時間短的檢測，故障包括接口、數(shù)據(jù)鏈路。BF

8、D提供了一個單一的機制，能夠用來對任何媒介、任何協(xié)議層進行實時地檢測。由于檢測時長范圍比較寬，因此，相對于其它協(xié)議自身的檢測機制來說，BFD提供的檢測更靈活，更能適應(yīng)多種需求。BFD為鏈路提供雙向的檢測功能，實現(xiàn)毫秒級別的鏈路缺陷檢測。可提供對單跳和多跳鏈路的BFD檢測，并提供BFD檢測結(jié)果，通告給注冊到BFD的模塊使用，以便支持對其它模塊的相關(guān)處理操作。 BFD能夠快速地檢測出鏈路的up/down的狀態(tài)，VRRP根據(jù)BFD的這一特性與它結(jié)合，即VRRP通過BFD的狀態(tài)來感知鏈路是否完好，當(dāng)BFD檢測到鏈路up/down后會通知VRRP模塊進行切換處理。 （二）VRRP狀態(tài)切換 VRRP綁定BFD并增加提升優(yōu)先級的操作，是在原來VRRP監(jiān)視接口的功能的基礎(chǔ)上更好的擴充了備份功能。通過增加一條新的命令，使VRRP中可以對綁定的BFD的狀態(tài)發(fā)生變化時，升高、降低或者恢復(fù)以前的優(yōu)先級。這樣當(dāng)Master路由器down時，處于Backup狀態(tài)的路由器通過監(jiān)視指定接口或BFD Session的狀態(tài)，根據(jù)BFD的狀態(tài)判斷是否進行VRRP的狀態(tài)快速切換。三、結(jié)束語 隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的高速發(fā)展，對IP承載網(wǎng)絡(luò)提出了高要求。通過VRRP以及特性增強技術(shù)，使得主備路由器倒換時間縮短到1s以內(nèi)，在提升了網(wǎng)