摘要：本文以紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，以建設(shè)基于VRRP的核心交換機(jī)冗余系統(tǒng)為目的，介紹了VRRP的原理及實(shí)施方法。
關(guān)鍵詞：VRRP；負(fù)載均衡；容錯(cuò)
一、問題的提出
紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院在20xx年7月進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容改造，大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性。但隨著自動(dòng)化辦公的不斷深入、應(yīng)用服務(wù)的不斷增加以及用戶數(shù)量的不斷增多，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性需要日常的監(jiān)管與維護(hù)，同時(shí)也與網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)有關(guān)。
目前學(xué)院網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，為了提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性，我們把不同的用戶按區(qū)劃到了不同的VLAN中（如A區(qū)為VLAN10，分配地址為：192.168.10.X/24;C區(qū)為VLAN 20，分配地址為192.168.20.X/24）,同時(shí)在核心交換機(jī)上為每個(gè)VLAN分別設(shè)置一個(gè)IP地址，作為相應(yīng)VLAN的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)（VLAN10設(shè)置地址為192.168.10.254，作為VLAN10用戶的網(wǎng)關(guān)地址； VLAN20設(shè)置地址為192.168.20.254，作為VLAN20用戶的網(wǎng)關(guān)地址）。這樣，客戶端發(fā)向不同VLAN以及外網(wǎng)的數(shù)據(jù)都會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)指向的設(shè)備，也即核心交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連通性。從這里我們可以看出，核心交換機(jī)的作用至關(guān)重要，不僅承擔(dān)著各VLAN間的路由功能，也起著與外網(wǎng)連通的橋梁作用。若核心交換機(jī)出現(xiàn)故障或宕機(jī)，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。
二、VRRP技術(shù)分析
為了提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，在核心交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)把損失降到最低，我們可以再添置一臺(tái)核心交換機(jī)，作為原核心交換機(jī)的備份設(shè)備，當(dāng)原核心交換機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)，可由備份的設(shè)備自動(dòng)接替其工作。但添置的設(shè)備若不做任何設(shè)置將不起作用，出現(xiàn)故障時(shí)，客戶端仍會(huì)把數(shù)據(jù)發(fā)向有問題的原核心交換機(jī)。
VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)協(xié)議是一種設(shè)備容錯(cuò)協(xié)議，可以將一組交換機(jī)組織成一個(gè)虛擬交換機(jī)，稱之為一個(gè)備份組。在這個(gè)備份組中，交換機(jī)身份有master即主交換機(jī)和backup即備份交換機(jī)之分，身份的獲取由交換機(jī)按競選的方法自動(dòng)競選獲取，其中master交換機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，而backup交換機(jī)定時(shí)檢測master交換機(jī)的工作狀況，當(dāng)檢測到master出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)接替master交換機(jī)的工作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)如圖2所示：
具體而言，圖中的2臺(tái)核心交換機(jī)同樣需要為各vlan設(shè)置相應(yīng)的IP地址作為VLAN的`鏈接地址，S1中設(shè)置VLAN10的鏈接地址為192.168.10.253/24,vlan20的鏈接地址為192.168.20.253/24；在S2中設(shè)置VLAN10的鏈接地址為192.168.10.252/24,vlan20的鏈接地址為192.168.20.252/24,但這些地址不作為客戶端的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，那么客戶端的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)該設(shè)什么呢？VRRP協(xié)議把網(wǎng)內(nèi)的兩臺(tái)核心交換機(jī)組織成VRRP備份組，該備份組要根據(jù)實(shí)際情況為各vlan設(shè)置虛擬IP地址，圖2中vlan10設(shè)置地址為192.168.10. 254/24，vlan20設(shè)置地址為192.168.20.254/24，而這些地址才是相應(yīng)vlan用戶的網(wǎng)關(guān)地址。
接下來以vlan10的用戶為例簡單闡述下數(shù)據(jù)的傳輸過程。對(duì)于vlan10的用戶需設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址為192.168.10.254/24(該地址實(shí)際上是VRRP備份組為vlan 10設(shè)置的地址)，當(dāng)vlan 10內(nèi)的主機(jī)要訪問vlan 10之外的網(wǎng)絡(luò)資源時(shí)，會(huì)把數(shù)據(jù)發(fā)向網(wǎng)關(guān)地址所指定的設(shè)備，也即VRRP備份組，該備份組會(huì)把數(shù)據(jù)交由該組內(nèi)的master交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)該組內(nèi)的backup交換機(jī)檢測到master交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)自動(dòng)接替數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時(shí)該切換對(duì)于用戶來說是完全透明的，并不需要客戶端更改設(shè)置。
三、VRRP用于負(fù)載均衡
在VRRP備份組中，backup交換機(jī)只有當(dāng)檢測到master交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，才接替master交換機(jī)的工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，也就是說，當(dāng)master交換機(jī)正常工作時(shí)，backup交換機(jī)不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這對(duì)設(shè)備的利用率不高。在VRRP中，允許一臺(tái)交換機(jī)加入到多個(gè)備份組中，多個(gè)備份組可以通過設(shè)置實(shí)現(xiàn)流量的負(fù)載均衡，充分利用各設(shè)備。
具體而言，通過VRRP創(chuàng)建備份組10和備份組20。在備份組10中，S1作為master交換機(jī)，S2作為backup交換機(jī)；而在備份組20中，則剛好相反，S2作為master交換機(jī)，S1作為backup交換機(jī)，各vlan的用戶則根據(jù)實(shí)際情況與不同的備份組關(guān)聯(lián)，圖2中vlan10的用戶與備份組10關(guān)聯(lián)，通過該組中master交換機(jī)S1轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)由該組中的backup交換機(jī)S2轉(zhuǎn)發(fā)；vlan20的用戶與備份組20關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)由該組的master交換機(jī)S2轉(zhuǎn)發(fā)，出現(xiàn)故障時(shí)則由該組中的backup交換機(jī)S1轉(zhuǎn)發(fā)。這樣2臺(tái)核心交換機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)了相互備份的目的，也實(shí)現(xiàn)了流量的分擔(dān)。
四、VRRP的配置實(shí)現(xiàn)
以學(xué)院實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為依托，按圖2所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)用戶（vlan10和vlan20用戶）能夠訪問外網(wǎng)（用地址為60.190.195.161/24模擬），同時(shí)，要求核心設(shè)備S1和S2互為備份且負(fù)載均衡，其中vlan10的用戶通過S1轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)S1出現(xiàn)故障時(shí)，能通過S2轉(zhuǎn)發(fā)；vlan20的用戶通過S2轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)S2出現(xiàn)故障時(shí)，能通過S1轉(zhuǎn)發(fā)。本文只討論在核心交換機(jī)上vrrp協(xié)議的配置與實(shí)現(xiàn)，其他設(shè)備的配置不在本文的討論范圍內(nèi)。
基本配置：在S1和S2上配置vlan及相應(yīng)vlan的連接地址
在核心交換機(jī)S1中創(chuàng)建vlan10和vlan 20
S1(config)#vlan 10
S1(config)#vlan 20
為不同vlan 設(shè)置相應(yīng)的鏈接地址
S1(config)#interface vlan 10
S1(config-if)#ip add 192.168.10.253 255.255.255.0
S1(config)#interface vlan 20
S1(config-if)#ip add 192.168.20.253 255.255.255.0
在核心交換機(jī)S2中創(chuàng)建vlan10和vlan 20
S2(config)#vlan 10
S2(config)#vlan 20
為不同vlan 設(shè)置相應(yīng)的鏈接地址
S2(config)#interface vlan 10
S2(config-if)#ip add 192.168.10.252 255.255.255.0
S2(config)#interface vlan 20
S2(config-if)#ip add 192.168.20.252 255.255.255.0
VRRP配置
在S1中創(chuàng)建vrrp備份組10，與vlan 10關(guān)聯(lián)，并設(shè)置相應(yīng)IP地址，該IP地址為vlan 10用戶的網(wǎng)關(guān)地址
S1(config)#interface vlan 10
S1(config-if)#vrrp 10 ip 192.168.10.254
設(shè)置該交換機(jī)在備份組10中的優(yōu)先級(jí)為120，使之成為備份組10的master交換機(jī)（默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為100，優(yōu)先級(jí)高的成為master交換機(jī)）
S1(config-if)#vrrp 10 priority 120
創(chuàng)建vrrp備份組20，與vlan 20關(guān)聯(lián)，并設(shè)置相應(yīng)IP地址，該IP地址為vlan 20用戶的網(wǎng)關(guān)地址，優(yōu)先級(jí)默認(rèn)。
S1(config)#interface vlan 20
S1(config-if)#vrrp 20 ip 192.168.20.254
在S2中創(chuàng)建vrrp備份組10，與vlan 10關(guān)聯(lián)，并設(shè)置相應(yīng)IP地址，優(yōu)先級(jí)默認(rèn)。
S2(config)#interface vlan 10
S2(config-if)#ivrrp 10 ip 192.168.10.254
創(chuàng)建vrrp備份組20，與vlan 20關(guān)聯(lián)，并設(shè)置相應(yīng)IP地址，將優(yōu)先級(jí)設(shè)置為120，使之成為vrrp備份組20的master交換機(jī)
S2(config)#interface vlan 20
S2(config-if)#vrrp 20 ip 192.168.20.254
S2(config-if)#ivrrp 20 priority 120
通過以上配置，vlan 10 用戶的數(shù)據(jù)通過核心交換機(jī)S1轉(zhuǎn)發(fā)，vlan 20 用戶的數(shù)據(jù)通過核心交換機(jī)S2轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的容錯(cuò)與負(fù)載均衡。
五、結(jié)束語
VRRP作為設(shè)備容錯(cuò)的一個(gè)協(xié)議，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互相備份，也可實(shí)現(xiàn)流量的負(fù)載均衡，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性，也使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)用戶的損失達(dá)到最低。隨著用戶數(shù)量的不斷增多，vrrp協(xié)議起的作用也將越來越大。
參考文獻(xiàn)：
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