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vRRP协议工作原理

试析VRRP协议在提高校园网络可靠性中的应用
论文摘要:本文从分析目前大多数校园网的可靠性现状出发,简要介绍了虚拟路由冗余协议VRRP,提出应用VRRP协议提升校园网络的可靠性解决方案,从保护投资和提高网络可靠性的角度提出一种实用的解决方案。

论文关键词:VRRP协议 可靠性 主控路由器 虚拟路由器

一、引言

计算机技术的迅猛发展,大学、中学以及小学基于局域网的校园办公和基于Internet的应用也逐渐增多,对校园网络的可靠性提出了越来越高的要求,网络中的核心设备对保证校园网络的正常工作非常重要,如果保证了核心网络设备的可靠性,就基本保证了校园网络的可靠性。

二、目前校园网络的可靠性现状

网络可靠性也称网络的可用性,使用平均故障间隔MTBF(Mean Time Between Failure)和无故障工作时间两个参数来衡量,平均故障间隔越小且无故障工作时间越长,该网络设备的可靠性就越高。不同的行业对可靠性的要求不同,一般的网络,暂时中断不影响使用,而对网络依赖程度比较高的电子商务和金融行业来说,网络的中断就意味着经济利益受损。网络可靠性的研究探讨,意义重大。
网络设备的投资在网络建设中占有相当大的比例,高档的、可靠性高的网络设备往往价格不菲。由于资金的因素,一般规模的校园网建设中,不可能配备高档的设备。网络的可靠性需要设备本身的可靠程度来保证。通常情况是,用一台和工作设备相同配置的网络设备作为冷备。工作设备出现问题时,将冷备的设备接入网络,恢复通讯,这种方案,网络中断的时间一般在十几分钟左右,不能满足校园网络可靠性的要求,现在学校的大部分的工作都通过网络进行,学生学籍管理、教务管理、教师签到、学校办公、网络招生等,十几分钟的网络中断也会使正常的日常工作变得混乱,尤其是网络招生工作,网络中断更是后果严重。如果对所有网络设备进行更新,购买高可靠性的核心层次设备(通常是有两个主控板,另一块板卡做备份,网络可以在几秒钟之内恢复工作)是一种很好的可靠性解决方案,但是从资金投入的角度来说,目前多数学校不具有如此的经济承受能力。本着保护现有投资的角度考虑,可以采用廉价冗余的思路,在可靠性和经济性方面找到平衡点。

三、VRRP协议综述

什么是VRRP协议?
虚拟路由冗余协议(VirtuaI Router Redundancy Protocol,简称VRRP协议。在该协议中,一对路由设备协同工作,对终端IP设备的默认网关(DefauIt Gateway)进行冗余备份,当

一台路由设备宕机时,备份路由设备及时接管转发工作,向用户提供透明的切换,起到提高网络可靠性的作用。

VRRP协议的重要概念
在VRRP协议中,有两组重要的概念:VRRP路由器和虚拟路由器;主控路由器和备份路由器。VRRP路由器是物理实体,虚拟路由器是VRRP协议创建的,是逻辑概念。一组VRRP路由器协同工作构成一台虚拟路由器,具有唯一固定lP地址和MAC地址。一个VRRP组中的路由器具有两种互斥的角色:主控路由器和备份路由器。一个VRRP组中只有一台处于主控角色的路由器,可以有一个或者多个处于备份角色的路由器。使用选择策略从路由器组中选出一台作为主控,负责ARP相应操作和转发IP数据包,组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。当主控路由器发生故障时,备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器。此切换非常迅速而且不用改变IP地址和MAc地址,对终端使用者是透明的。
vRRP协议工作原理
VRRP路由器用VRID标识,取值0-255,对外表现为唯一的虚拟MAC地址,格式为00-00-5E-00-01-[VRID]。主控路由器负责对ARP请求用该MAC地址做应答。VRRP控制报文是VRRP通告,使用IP多播数据包进行封装,使用组播地址,发布范围只限于同一局域网内。主控路由器周期性的发送VRRP通告报文,备份路由器在连续三个通告间隔内收不到VRRP通告或收到优先级为0的通告后启动新的一轮VRRP选举。选举参数是优先级和IP地址,VRRP协议中优先级范围是0—255,数值大的优先级高。优先级的配置原则可以依据链路的速度和成本、路由器性能和可靠性以及其它管理策略设定。
如何保证VRRP协议的安全性?可以使用两种安全认证措施:明文认证和IP头认证。明文认证方式在加入一个VRRP路由器组时,必须同时提供相同的VRID和明文密码。适合于避免在局域网内的配置错误,但网络监听方式窃取密码防范较低;IP头认证的方式提供了更高的安全性,能够防止报文重放和修改等攻击。

四、VRRP协议应用在校园网络中的方案

1、VRRP单备份组配置:RTA和RTB在实际的网络组建中,可以使用不同档次的设备。RTA和RTB对Internet都有链路,而且为了经济性,两条链路的速率也可以不一样。选择档次高的那个设备作为主控路由器,配置方案如下图所示:
这里假定RTA的性能和可靠性都要高于RTB。连接校园网中各主机,RTA实际地址为IP1,RTB的实际地址为IP2。RTA和RTB组成一个VRRP路由器组,共同虚拟出IP3为虚拟路由器的地址。配置RTA的VRR P的优先级高于RTB的,则RTA经过选举就成为主控路由器,H1、H2、H3的默认网关地址设定为IP3。RTA

负责ICMP重定向、ARP应答和IP报文的转发:一BRTA失败,根据策略RTB立即启动切换,成为主控,保证网络正常通讯。还应该在RTA上设置抢占模式,当RTA 恢复工作后,继续成为主控路由器,行使网姜的职锥
2、VRRP多备份组配置:在VRRP单备份组的应用中,一台路由器在线时作为主控,另一台路由器只是作为后备,不参与转发工作,闲置了设备和链路。如果两台设备属于同档次,可配置VRRP多备份组,使两台设备都参与数据的转发,达到备份和负载分担双重效果。配置两台路由器同时属于互为备份的两个VRRP组:在组1中RTA为主控设备;组2中RTB为主控设备。将一部分主机的默认网关设定为组1的虚拟IP地址;另一部分主机的默认网关设定为组2的虚拟IP地址。如果RTA出现故障,经过VRRP选举,RTB为2个VRRP组的主控路由器,下面的所有主机都通过RTB连接Internet;相对应,如果RTB出现故障,RTA成为两个备份组主控路由器。实现了负载均衡和提高网络可靠性的功能。
3、VRRP协议跟踪端口功能:VRRP协议应用在校园网中,用以提高校园网络的可靠性,无论是单备份组还是双备份组,VRRP协议只是对网络局域网侧的链路进行监测,起到备份的作用。而对上连Internet的链路的故障却没有办法。VRRP协议使用的前提是,RTA和RTB接入到同一个局域网内。而两台路由器上连Internet的链路可能不属于一个ISP,不能使用VRRP协议。当主控路由器的连接Internet的链路出了问题,即便备份路由器连接Internet的链路是通的,下面所连的主机也不能访问外部网络。VRRP协议的端口跟踪功能可以解决此问题,在配置VRRP的时候,让它监视上连Internet物理端口的状态,如果物理端口的状态从UP变为DOWN的时候,设置VRRP主控路由器的优先级减掉一个数值,从而优先级低于备份路由器的VRRP优先级。开始新一轮的VRRP选举,备份路由器变为主控路由器,继续保持和Internet的通讯。

五、小结

VRRP协议应用在校园网络中,确实能够提高网络的可靠性。在使用的时候,也要注意通告周期的设定,恰当的设置该数值。如果设定不恰当,可能会引起频繁的VRRP选举,网络反而会频繁的中断,反而起不到提高可靠性的作用。如果经济条件允许的情况下,网络核心层尽量配置具有高可靠性的设备,从设备本身提高可靠性,同时应用VRRP协议,使网络可靠性进一步提高。

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