洪亮

（揚州市職業(yè)大學，江蘇揚州 225009）

1 VRRP路由技術概述

網絡中，終端可以使用很多種方法來確定到達目的地址的下一跳，包括使用靜態(tài)路由配置或使用OSPF等動態(tài)路由協(xié)議。但是，受到主機性能的限制以及存在的各種開銷和網絡安全因素的影響，在每一臺機器上運行動態(tài)路由協(xié)議是不現(xiàn)實的。目前，普遍使用的仍然是靜態(tài)路由。主機發(fā)往其他網段的報文將按照靜態(tài)路由的配置通過缺省路由發(fā)往固定的網關，由固定網關進行轉發(fā)。這樣的好處是處理過程中開銷最小，但是如果網關發(fā)生故障，那么以該網關為下一跳的所有主機將沒有辦法與外部網絡進行通信。解決的辦法是為網絡配置多個出口網關，用來提高系統(tǒng)的可靠性。如何在多個出口網關之間進行選擇就成為需要解決的問題。VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協(xié)議）正是為了解決這一問題而制定。

VRRP將可以擔負網關功能的一組路由器加入到一個備份組中，形成一個虛擬的網關。對于局域網中的主機來說，只需按虛擬網關的參數(shù)配置缺省網關即可；也就是說，認為其上級只存在一個靜態(tài)網關。在備份組中，由VRRP相關規(guī)則來確定由哪一臺路由作為主路由來完成數(shù)據(jù)的轉發(fā)任務；當主路由發(fā)生故障，VRRP根據(jù)其選舉機制重新指定備份路由器作為新的主路由來負責數(shù)據(jù)的轉發(fā)。

目前，VRRP支持兩種模式的VRRP，分別是VRRP標準協(xié)議模式和VRRP負載均衡模式。

2 VRRP標準協(xié)議模式研究

目前，VRRP標準協(xié)議模式有兩個版本，分別為VRRPv2和VRRPv3，其中VRRPv2對應IPv4環(huán)境，VRRPv3對應IPv6環(huán)境。兩者本質上并無區(qū)別，對應的網絡環(huán)境不同而已。

2.1 VRRP標準協(xié)議模式下VRRP工作過程

在備份組中，依據(jù)優(yōu)先級和IP地址的大小確定主路由器。首先比較優(yōu)先級的大小，優(yōu)先級最大的設置為主路由器，優(yōu)先級低的設置為備份路由器。如果兩個路由器優(yōu)先級相同且同時為最大，比較其IP地址，IP地址大的為主路由器。

主路由器工作時，會定時發(fā)送VRRP通告報文，其目的為通告自己處于正常的工作狀態(tài)。備份路由器則啟動定時器監(jiān)視VRRP通告報文的到來。備份路由器接收到VRRP通告報文后，存在兩種處理方式，一種為非搶占方式處理，一種為搶占方式處理。如果為非搶占方式處理，只要主路由器沒有出現(xiàn)故障，備份路由器正常接收了主路由器發(fā)送的VRRP報文，備份路由器不會改變其自身工作狀態(tài)，主路由器和備份路由器的身份不變，即使備份路由器在后來被配置了更高的優(yōu)先級也不會改變其工作狀態(tài)。如果為搶占方式處理，備份路由器在接收到VRRP通告報文后會將報文中的優(yōu)先級和自身的優(yōu)先級進行比較；自身的優(yōu)先級如果大于通告報文中的優(yōu)先級，則自己成為主路由；否則，保存原有狀態(tài)不變。這樣，在搶占方式處理中，整個VRRP備份組中將進行一次選舉，選舉出優(yōu)先級最高的路由器成為主路由器。非搶占方式處理可以避免因頻繁切換主路由造成的系統(tǒng)不穩(wěn)定，搶占方式處理可以保證主路由器始終是整個備份組中優(yōu)先級最高的路由器。

如果備份路由器在定時器超時后還是沒有接收到主路由器發(fā)送的VRRP通告報文，則認為自己是主路由器，同時向外發(fā)送VRRP通告報文，備份組內會根據(jù)優(yōu)先級和IP地址的大小重新進行一次選舉，選舉出新的主路由器完成數(shù)據(jù)的轉發(fā)。

2.2 VRRP標準協(xié)議下的負載分擔

要在VRRP標準協(xié)議模式下實現(xiàn)負載分擔，必須建立兩個或兩個以上的備份組，每個備份組有一臺主路由器和若干備份路由器組成。每一臺路由器需在一個備份組中為主路由器，同時在其他備份組中作為備份路由器，在不同的備份組中具有不同的優(yōu)先級。在操作中，將局域網中不同主機的缺省網關分別配置為由不同備份組對應的虛擬路由器。要做到負載的分擔和均衡，需要在配置的過程中，注意各個備份組中各路由器VRRP優(yōu)先級的交叉均衡配置。

如一個網絡中，有三臺物理路由器Router1、Router2、Router3；要做到負載分擔，需建立三個備份組，分別對應三個虛擬路由器Virtual router 1、Virtual router 2、Virtual router 3，其內部關系如表1所示。

表1 VRRP標準協(xié)議下三臺物理路由組成負載分擔內部關系

3 VRRP負載均衡模式研究

在VRRP標準協(xié)議模式下，可以通過創(chuàng)建多個備份組實現(xiàn)路由器的負載分擔，但是由于需要在主機上設置不同的網關，且配置過程較為復雜，需要人為規(guī)劃，不具備自適應能力。VRRP負載均衡模式在VRRP標準協(xié)議模式冗余備份基礎之上，實現(xiàn)了負載均衡的功能，且只需要一個備份組，就可以實現(xiàn)各個路由器的負載均衡和分擔。

VRRP負載均衡模式的工作過程如下：

首先，同一個備份組中的路由器選舉出主路由器，這個過程和VRRP標準協(xié)議模式相同。

緊接著，備份路由器向主路由器發(fā)送Request報文申請主路由器分配虛擬MAC地址，主路由器接收Request報文后通過Reply報文給備份路由器分配虛擬MAC地址。

當網絡中的主機發(fā)出ARP/ND請求后，主路由器根據(jù)負載均衡算法應答不同的虛擬MAC地址，將不同主機的流量發(fā)送給不同的路由器，備份組中的備份路由器不會直接應答主機的ARP/ND請求。

4 以IPv4環(huán)境為例，VRRP的幾種典型應用

4.1 VRRP標準協(xié)議模式下單備份組配置

網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 VRRP標準協(xié)議模式下單備份組配置網絡拓撲圖

主機Host的IP地址為192.168.1.3，設置缺省網關為 19 2.168.1.250，Router 1的 IP地址為192.168.1.1，Router 2的 IP地址為 192.168.1.2，Router 1和Router 2都屬于虛擬IP地址為192.168.1.250的備份組。其中Router 1為主路由器，其工作正常時，Host的報文由其轉發(fā)；當Router 2發(fā)生故障時，Host的報文由Router 2轉發(fā)。

4.2 VRRP標準協(xié)議模式下多備份組完成負載分擔配置

網絡拓撲結構如圖3所示。

圖3 VRRP標準協(xié)議模式下多備份組完成負載分擔配置網絡拓撲圖

如圖，網絡中部分主機（Host 1、Host 3） 的網關配置為192.168.1.250，部分主機（Host 2） 的網關配置為192.168.1.251。網絡中建立兩個備份組分別對應虛擬 IP地址 192.168.1.250和192.168.1.251，兩個備份組中均包含Router 1和Router 2，但是在兩個備份組中Router 1和Router 2的優(yōu)先級不同。如圖配置后，不同主機訪問外網時，會通過不同的虛擬網關轉發(fā)，事實上是通過不同的路由器轉發(fā)，能夠起到負載分擔和互為備份的作用。

4.3 VRRP負載均衡模式下配置

網絡拓撲結構如圖4所示。

圖4 VRRP負載均衡模式下配置網絡拓撲圖

如圖，備份組由Router 1、Router 2和Router 3組成，備份組虛擬IP地址為192.168.1.250，局域網內主機配置缺省網關為備份組虛擬IP地址192.168.1.250。備份組配置為負載均衡模式，由Router 1作為主路由器，其為備份組中三個路由器分配虛擬MAC地址，Router 1、Router 2和Router 3每一個路由都分別配置虛擬轉發(fā)器VF1、VF2和VF3。當網絡中的主機發(fā)出ARP/ND請求后，Router 1根據(jù)負載均衡算法應答不同的虛擬MAC地址，將不同主機的流量發(fā)送給Router 1、Router 2和Router 3中的一個，由其轉發(fā)數(shù)據(jù)流量。Router 1、Router 2和Router 3上虛擬轉發(fā)器監(jiān)視上行接口狀態(tài)，當出現(xiàn)故障時，降低Router 1、Router 2和Router 3上對應虛擬轉發(fā)器的權重，如Router 1上行接口出現(xiàn)故障，則降低Router 1上虛擬轉發(fā)器的權重，讓其低于失效下限，其他路由接管Router 1的數(shù)據(jù)轉發(fā)。通過如上配置可以在冗余備份的同時達到數(shù)據(jù)轉發(fā)負載均衡的目的。

5 結束語

基于VRRP的路由技術是當前解決網絡中路由器冗余備份和負載均衡問題的一個重要的解決方法和手段。運用VRRP路由技術，可以保證多個路由器之間互為備份，提高網絡穩(wěn)定性；同時還可以在各個路由器之間均衡負載，提高網絡的工作效率和可靠性。在網絡建設中，合理的使用VRRP路由技術，對網絡的穩(wěn)定健康運行大有裨益。

[1]黃偉強，孟克勛.VRRP路由協(xié)議的應用[J].華南師范大學學報（自然科學版）,2004（4）.

[2]李秀海，韓景生.IPv6環(huán)境中的VRRP協(xié)議分析[J].鐵路計算機應用,2005,14(9).

[3]孔藝權.應用虛擬路由冗余協(xié)議配置可靠網絡[J].計算機時代,2008(9).

[4]王柱.VRRP協(xié)議在局域網中的應用研究[J].商丘職業(yè)技術學院學報,2007,6(2).

[5]祝偉華，徐強.基于動態(tài)負載平衡的VRRP協(xié)議研究[J].重慶理工大學學報（自然科學）,2011,25(7).