利用V RRP协议实现网络的负载均衡

欧仁辉,齐传辉,主雪梅

(1.河北工程技术高等专科学校成教处,河北沧州 061001;2.河北工程技术高等专科学校计算机系,河北沧州 061001; 3.河北工程技术学校专科学校图书馆,河北沧州 061001)

利用V RRP协议实现网络的负载均衡

欧仁辉1,齐传辉2,主雪梅3

(1.河北工程技术高等专科学校成教处,河北沧州 061001;2.河北工程技术高等专科学校计算机系,河北沧州 061001; 3.河北工程技术学校专科学校图书馆,河北沧州 061001)

本文分析了虚拟路由冗余协议(V RRP)的技术特点,通过对V RRP协议的研究来阐述如何实现网络的均衡负载。

V RRP;负载均衡;虚拟路由;VRID

随着Internet的迅猛发展,基于网络的应用逐渐增多,这就对网络的可靠性提出了更高的要求。VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol,虚拟路由器冗余协议)是一种备份冗余解决方案,它共享多路访问介质(如以太网)上终端IP设备的默认网关,并进行冗余备份,从而在其中一台路由设备宕机时,备份路由设备能够及时接管转发工作,为用户提供透明的切换,提高网络服务质量。

VRRP消除了静态默认路由环境中所固有的缺陷,通过使用虚拟路由技术实现了主机默认网关的备份,同时可以通过V RRP来实现网关的负载均衡。

1 VRRP工作原理

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)是IET F制定的虚拟路由器冗余协议,该协议用于避免在静态配置缺省路由环境下存在的单点故障问题。

1.1 VRRP术语

VRRP路由器:运行VRRP的路由器,它是物理实体。主路由器和备份路由器是VRRP中的两种路由器角色。

虚拟路由器:VRRP协议虚拟逻辑上的路由器,一组V RRP路由器协同工作,共同构成一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和M AC地址的逻辑路由器。其对外表现的虚拟MAC地址格式为00-00-5E-00-01-[VRID],每个VRRP组中的路由器都有一个唯一的标识:VRID,取值范围为0～255,这个范围决定运行VRRP的路由器属于哪一个VRRP组。

1.2 VRRP的工作状态

VRRP有三个工作状态:Initialize状态(初始状态),等待VRRP广播报文;Master状态(活动状态),作为转发路由器响应虚拟路由器的ARP请求;Backup状态(备份状态),监控主路由器的状态和可用性不响应虚拟路由器的ARP请求,当主路由器出现问题的时候替代成为主路由器。

1.3 VRRP的选举机制

VRRP使用选举机制来确定路由器的状态(Master或Backup)。运行VRRP的一组路由器对外组成了一个虚拟路由器,其中一台路由器处于Master状态,其他的处于Backup状态。

运行VRRP的路由器都会发送和接收VRRP通告消息,在通告消息中包含了自身的V RRP优先级信息。VRRP通过比较路由器的优先级进行选举,优先级高的路由器将成为主路由器,其他路由器都为备份路由器。

虚拟路由器和VRRP路由器都有自己的IP地址(虚拟路由器的IP地址可以和VRRP备份组内的某个路由器的接口地址相同)。如果VRRP组中存在IP地址拥有者,即虚拟地址与某台VRRP路由器的地址相同时,IP地址拥有者将成为主路由器,并且拥有最高优先级255。如果VRRP组中不存在IP地址拥有者, VRRP路由器将通过比较优先级来确定主路由器。路由器可配置的优先级范围为1～254,默认情况下VRRP路由器的优先级为100。当优先级相同时,VRRP将通过比较IP地址来进行选举,IP地址大的路由器将成为主路由器。

2 基于V RRP的负载均衡应用

2.1 VRRP路由冗余备份原理

同一V RRP组中有两个互斥的角色:主路由器和备份路由器。一个V RRP组中只有一台处于主控角色的路由器,还有一个或多个处于备份角色的路由器。VRRP使用选举机制从一组VRRP路由器中选出一台作为主路由器,负责ARP响应和IP数据包,组中的其他路由器作为备份的角色处于待命状态。当由于某种原因主路由器发生故障时,备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器。由于切换速速非常迅速而且终端不用改变默认网关的IP地址和MAC地址,故对终端使用者系统是透明的。

2.2 VRRP负载均衡原理

在标准的VRRP运行环境中,主路由器负责转发到达虚拟IP地址的数据,备份路由器不负责数据的转发,只侦听主路由器的状态,在必要的时刻进行故障切换。在主路由器承担数据转发任务的同时,备份路由器的链路将处于空闲状态,这必然造成了宽带资源的浪费。

为了提高冗余性,并避免造成宽带资源的浪费,可以在V RRP中使用负载均衡。VRRP负载均衡是通过将路由器加入到多个V RRP组实现的,使VRRP路由器在不同的组中担任不同的角色。例如图1中,RouterA作为V RRP组35的主路由器,同时又作为VRRP组36的备份路由器;而RouterB正相反,作为VRRP组36的主路由器,同时又作为VRRP组35的备份路由器。一部分主机使用VRRP组35的虚拟地址作网关,另一部分主机使用VRRP组36的虚拟地址作为网关,这样物理路由器可以实现同时工作,同时分担数据流,达到负载均衡的目的。

通过这样的部署和配置,可以看到Client1和Client2发送到其他子网的数据流由RouterA转发, Client3和Client4发送到其他子网的数据流由RouterB转发。这样RouterA和RouterB带宽都被合理的利用,避免了某条链路作为备份而产生的空闲状态。这样不仅提高了冗余性,还提供了流量的负载均衡。

RouterA的VRRP负载均衡配置如下:

RouterB的VRRP负载均衡配置如下:

图1 VRRP负载均衡

3 结束语

VRRP一方面可以实现路由冗余,避免了单路由通信容易产生网络中断和拥塞的问题;另一方面路由器间相互备份,可以实现多个物理路由器同时工作,同时分担数据流,进而达到负载均衡的目的。

实际上,VRRP并不具备对流量进行监控的机制,他的负载均衡是通过使用多个V RRP组来实现的,并且这种负载还需要终端配置的配合,即让不同的终端将数据发送到不同的V RRP组。而且VRRP是RFC标准协议,能方便地实现各厂家设备间的互通,正是由于VRRP具有这些优点,使得它成为建设一个稳定可靠网络所需的有力工具。

[1] 黄伟强,孟克勋.V RRP路由协议的应用[J].华南师范大学学报:自然科学版,2004,(4):53-58.

[2] 曾峰.VRRP协议与网络安全的高可靠性[J].计算机安全,2006,(23):30-32.

[3] 刘爱洁.负载均衡技术浅析[J].电气工程技术与标准化,2006,(6):78-83.

(责任编辑: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

欧仁辉(1982-)男,湖南永州人,河北工程技术高等专科学校助教。