【正文】 ime)不能發(fā)出 Hello 包時 ,HSRP 就認為活動路由器出現(xiàn)故障 ,此時就將備用路由器激活 ,使其成為網(wǎng)關(guān)設(shè)備 ,并將動態(tài)的虛擬網(wǎng)關(guān) IP 地址和虛擬的 MAC 地址分配給備用路由器 ,備用路由器立即承擔(dān)起網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能 ,而訪問主機感覺不到服務(wù)被中斷。 當(dāng)原來的活動路由器故障恢復(fù)后 ,HSRP 協(xié)議組中的路由器將重新進行選主 ,將優(yōu)先級高的路由器激活 ,使之成為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。 如果活動路由器和備用路由器都出現(xiàn)故障時 ,HSRP 協(xié)議組中的所有其他路由器將爭取承擔(dān)活動路由器和備用路由器的角色。如果僅是活動路由器出現(xiàn)故障 ,備用路由器接管工作 ,如果 HSRP 協(xié)議組中還有其他的路由器 ,這些路由器將成為新的備用路由器。 HSRP 協(xié)議組中的活動路由器、備用路由器之間的動態(tài)熱切換都是自動完成 ,而不用修改 網(wǎng)關(guān)地址 ,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的設(shè)備指向的缺省網(wǎng)關(guān)都是 HSRP 協(xié)議組中定義的虛擬網(wǎng)關(guān)的 IP 地址 ,只不過不同情況下映射的路由器地址不同而已。 GLBP 協(xié)議 GLBP 即 Gateway Load Balancing Protocol，網(wǎng)關(guān)負載均衡協(xié)議 [4]。如果說 HSRP 是比較老的路由備份協(xié)議，和 VRRP 相比沒有優(yōu)勢，那么 GLBP 就是新生力量，擁有無可置疑的優(yōu)點。路由器備份最優(yōu)方案還是要用“虛 IP+虛 MAC 共享” 的方式，這一點上， GLBP 沿襲的還是 VRRP 和 GLBP 的思路，這沒有疑問。 GLBP 的革命性的 創(chuàng)新在于提出了“虛 MAC 分發(fā)” 這一機制。 GLBP 和 HSRP、 VRRP 不同的是， GLBP 不僅提供冗余網(wǎng)關(guān)，還在各網(wǎng)關(guān)之間提供負載均衡 [5]。 GLBP 可以分配多個 MAC 地址到虛擬 IP，從而允許客戶端選擇不同的路由器作為其默認網(wǎng)關(guān)，而所有客戶端即主機的網(wǎng)關(guān)地址仍使用相同的虛擬 IP，從而實現(xiàn)一定的冗余。需要注意的是，由于虛 MAC 分發(fā)這種特殊機制， GLBP 要求設(shè)備接口必須支持多個 MAC 地址。 GLBP 實現(xiàn)機制 ： (1) 活動網(wǎng)關(guān)選舉 4 使用類似于 HSRP 的機制選舉活動網(wǎng)關(guān)，優(yōu)先級最高的路由器 成為活動路由器，稱作 Active Virtual Gateway，其他非 AVG 提供冗余。某路由器被推舉為 AVG 后，和 HSRP不同的工作開始了， AVG分配虛擬的 MAC地址給其他 GLBP組成員。所有的 GLBP組中的路由器都轉(zhuǎn)發(fā)包，但是各路由器只負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)與自己的虛擬 MAC 地址 相關(guān)的數(shù)據(jù)包。 地址分配每個 GLBP 組中最多有 4個虛擬 MAC地址，非 AVG 路由器有 AVG 按序分配虛擬 MAC 地址，非 AVG 也被稱作 Active Virtual Forwarder(AVF)。 AVF 分為兩類 ： Primary Virtual Forwarder 和 Secondary Virtual Forwarder。直接由 AVG 分配虛擬 MAC地址的路由器被稱作 Primary Virtual Forwarder，后續(xù)不知道 AVG 真實IP地址的組成員，只能使用 hellos 包來識別其身份，然后被分配虛擬 MAC 地址，此類被稱作 Secondary Virtual Forwarder。 (2) GLBP 配置 如果 AVG 失效，則推舉就會發(fā)生，決定哪個 AVF 替代 AVG 來分配 MAC地址，推舉機制依賴于優(yōu)先級。最多可以配置 1024 個 GLBP 組，不同的用戶組 可以配置成使用不同的組 AVG 作為其網(wǎng)關(guān)。 GLBP 提供了具有自動負載 均衡 功能的路由器備份，確實是相比 VRRP/HSRP 協(xié)議的一個重要進步。其關(guān)鍵在于對每一個虛 IPARP 請求回應(yīng)不同的虛擬 MAC。 3 VRRP簡介 VRRP 協(xié)議概述 VRRP是 IETF 為具有多播或廣播能力的局域網(wǎng) (如以太網(wǎng) )設(shè)計的容錯協(xié)議。 在基于 TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中，為了保證不直接進行物理連接的設(shè)備之間的通信，必須指定路由。如果采用路由協(xié)議 (如 RIP 和 OSPF)[5]，可以保證網(wǎng)絡(luò)中的主機動態(tài)學(xué)習(xí)路由。但是目前大部分客戶端操 作系統(tǒng)平臺都不支持動態(tài)路由協(xié)議，因此普遍采用對終端IP 設(shè)備靜態(tài)路由配置，一般是給終端設(shè)備指定一個或者多個默認網(wǎng)關(guān) (Default Gateway)。靜態(tài)路由的方法簡化了網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜度和減輕了終端設(shè)備的通信開銷，但是它仍然有一個缺點 ： 如果作為默認網(wǎng)關(guān)的路由器損壞，所有使用該網(wǎng)關(guān)為下一跳主機的通信必然要中斷。即便配置了多個默認網(wǎng)關(guān)，如不重新啟動終端設(shè)備，也不能切換到新的網(wǎng)關(guān)。而使用 VRRP協(xié)議可保證當(dāng) IP終端設(shè)備的下一跳路由器出現(xiàn)故障時，可以及時由另一臺路由器來代替，即在主機角度來看，仍然視作經(jīng)由同一臺路由器 轉(zhuǎn) 5 發(fā)業(yè)務(wù)，從而保持網(wǎng)絡(luò)通信的連續(xù)性和可靠性。因此， VRRP 設(shè)計目標(biāo)是支持特定情況下 IP 流量失敗轉(zhuǎn)移不會引起混亂、并允許主機使用單路由器，以及即使在實際第一跳路由器使用失敗的情形下仍能維護路由器間的連通性。換句話說，當(dāng)源主機不能動態(tài)知道第一跳路由器的 IP 地址時， VRRP 協(xié)議能夠保護第一跳路由器不出故障。該協(xié)議中含有多種路由器，對應(yīng)一個虛擬路由器。 VRRP 協(xié)議只支持一個路由器代表虛擬路由器實現(xiàn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程。終端主機將它們各自的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到該虛擬路由器上。 VRRP 有對應(yīng) IPv6 的版本，即 VRRPv3。由于本文 所討論的內(nèi)容不涉及 IPv4 和 IPv6網(wǎng)絡(luò)的差異性，因此不再特別進行區(qū)分。 為了使 VRRP 工作，首先要創(chuàng)建一個備份組，組內(nèi)的路由器運行 VRRP 協(xié)議，運行VRRP協(xié)議的多個路由器稱為 VRRP路由器，是物理實體。虛擬路由器是指由運行了 VRRP協(xié)議的多個處于同一備份組的路由器組成的一個邏輯概念，即一組 VRRP 路由器協(xié)同工作，共同構(gòu)成一臺虛擬路由器。該虛擬路由器對外表現(xiàn)為一個具有唯一固定 IP 地址和 MAC 地址的邏輯路由器。處于同一個 VRRP 組中的路由器具有兩種互斥的角色：主控路由器和備份路由器。一個 VRRP 路由器組中有 且只有一臺處于主控角色的路由器，可以有一個或者多個處于備份角色的路由器。 VRRP 協(xié)議使用選擇策略從路由器組中選舉一臺作為主控路由器，負責(zé) ARP 響應(yīng)和轉(zhuǎn)發(fā) IP 數(shù)據(jù)包，組中的其他路由器作為備份路由器處于待命狀態(tài)。當(dāng)由于某種原因主控路由器發(fā)生故障時，備份路由器升級為主控路由器。由于此切換迅速且不用改變 IP 地址和 MAC 地址，因此對 IP 終端使用者幾乎沒有任何影響。 6 VRRP 工作原理 VRRP 狀態(tài)機 圖 VRRP 狀態(tài)機 如圖所示，協(xié)議對 VRRP 規(guī)定了 3種狀態(tài) :INITIALIZE， MASTER 和 BACKUP。 簡單地說， INITIALIZE 即初始態(tài) ； MASTER 即主用狀態(tài)，也就是在 VRRP 備份組中真正起作用的路由器 ； BACKUP 即備用狀態(tài)，是 MASTER 的備份。對于不同狀態(tài)的實現(xiàn)，有如下要求 ： (l) INITIALIZE 路由器啟動時，如果路由器的優(yōu)先級是 255(最高優(yōu)先級，當(dāng)且僅當(dāng)配置的 VRRP虛擬 IP 地址和接口 IP 相同，即所謂 IP地址擁有者 )，要發(fā)送 VRRP 通告信息 ，并發(fā)送廣播 ARP[6]信息通告路由器 IP 地址對應(yīng)的 MAC地址為路由虛擬 MAC，設(shè)置通告信息定時器準(zhǔn)備定時發(fā)送 VRRP 通告信息，轉(zhuǎn)為 MASTER 狀態(tài) ； 否則進入 BACKUP 狀態(tài)，設(shè)置定時器定時檢查是否收到 MASTER 的通告信息。 (2) MASTER 主機狀態(tài)下的路由器要完成如下功能 : 設(shè)置定時通告定時器 ； 用 VRRP 虛擬 MAC 地址響應(yīng)路由器 IP 地址的 ARP請求 ； 轉(zhuǎn)發(fā)目的 MAC 是 VRRP 虛擬 MAC 的數(shù)據(jù)包 ； 如果是虛擬路由器 IP的擁有者，將接受目的地址是虛擬路由器 IP 的數(shù)據(jù)包，否則丟棄 ； Initialize Backup Master 7 當(dāng)收到 Shutdown 的事件時刪除定時通告定時器，發(fā)送優(yōu)先 級為 0的通告包，轉(zhuǎn)初始化狀態(tài) ； 如果定時通告定時器超時 ，發(fā)送 VRRP 通告信息 ； 收到 VRRP 通告信息時，如果優(yōu)先 級 為 0，發(fā)送 VRRP 通告信息 ； 否則，判斷數(shù)據(jù)的優(yōu)先級是否高于本機，或相等而且實際 IP 地址大于本地實際 IP，設(shè)置定時通告定時器，復(fù)位主機超時定時器，轉(zhuǎn) BACKUP 狀態(tài) ； 否則的話，丟棄該通告包。 (3) BACKUP 備機狀態(tài)下的路由器要實現(xiàn)以下功能 : 設(shè)置主機超時定時器 ； 不能響應(yīng)針對虛擬路由器 IP的 ARP 請求信息 ； 丟棄所有 目的 MAC 地址是虛擬路由器 MAC地址的數(shù)據(jù)包 ； 不接受目的是虛擬路由器 IP的所有數(shù)據(jù)包 ； 當(dāng)收到 shutdown 的事件時刪除主機超時定時器，轉(zhuǎn)初始化狀態(tài) ； 主機超時定時器超時的時候，發(fā)送 VRRP 通告信息，廣播 ARP 地址信息，轉(zhuǎn)MASTER 狀態(tài) ； 收到 VRRP 通告信息時，如果優(yōu)先 級 為 0，表示進入 MASTER 選舉 ； 否則判斷數(shù)據(jù)的優(yōu)先級是否高于本機，如果高的話承認 MASTER 有效，復(fù)位主機超時定時器 ；否則的話，丟棄該通告包。 8 VRRP 報文格式 圖 VRRP報文 表 IP報文各字段的填充 字段名 解釋 Source Address 填寫發(fā)送報文的接口實際 IP Destination Address IANA 為 VRRP 分配的組播 IP，即 用于本地鏈路的組播 IP，路由器不能轉(zhuǎn)發(fā)此報文。 TTL 必須為 255， 不是 255 的報文將會被丟棄 Protocol IANA 為 VRRP 分配的協(xié)議號是 112 Version 版本號。目前為止介紹的只是 IPv4 對應(yīng)的 VRRP，版本號為 2 Type 類型，目前只有 1 種 :1 Virtual Router ID(VRID) 虛擬路由器 ID，通常又稱之為備份組號。標(biāo)志一臺虛擬路由器 Priority 優(yōu)先級，用于 VRRP 路由器的 MASTER 選舉 Count of IP Addresses IP地址個數(shù) Auth Type 即 Authentication Type，認證類型。當(dāng)前有無認證，簡單明文認證和 MD5 認證三種類型。 Advertisement Interval 通告報文間隔時間。 MASTER 定期發(fā)送報文，這里填上時間間隔。 Checksum VRRP 報文的校驗和 IP Address 配置的虛擬 IP 地址 Authentication Data 簡單明文認證的認證數(shù)據(jù)。 MD5認證數(shù)據(jù)另有一種 填充方式 :封裝在 AH 報文中 9 VRRP 選舉機制 在同一個局域網(wǎng)中，具有相同 VRID 號的路由器組成一個 VRRP 組， VRID 號是由用戶自己設(shè)定的，其取值范圍為 1～ 255，同一臺運行 VRRP 協(xié)議的路由器，它可以參與一個或多個備份組，從而備份一個或者多 個虛擬路由器。但是，在一個 VRR 組中，只有一臺主控路由器執(zhí)行虛擬路由器的功能，也就是所謂 MASTER。同一個備份組的VRRP 路由器根據(jù)優(yōu)先級的大小挑選主控路由器， VRRP 協(xié)議中優(yōu)先級范圍是 0～ 255，可配置的優(yōu)先級范圍為 1～ 254。優(yōu)先級最大的為主控路由器，若優(yōu)先級相同，則比較接口的主 IP 地址，主 IP地址大的就成為主控路由器，由它提供實際的路由服務(wù)。其他路由器作為備份路由器，隨時監(jiān)測主控路由器的狀態(tài)。優(yōu)先級的配置原則可以依據(jù)鏈路的速度和成本、路由器性能和可靠性以及其它管理策略設(shè)定。主控路由器的選舉中，高 優(yōu)先級的虛擬路由器獲勝，因此，如果在 VRRP 組中有 IP地址所有者，則它總是作為主控路由的角色出現(xiàn)。對于相同優(yōu)先級的候選路由器，按照 IP 地址大小順序選舉。 VRRP 還提供了優(yōu)先級搶占策略，如果配置了該策略，高優(yōu)先級的備份路由器便會剝奪 當(dāng)前低優(yōu)先級的主控路由器而成為新的主控路由器。當(dāng)主控路由器正常工作時，它會每隔一段時間發(fā)送一個 VRRP 組播報文 (發(fā)送報文的默認時間間隔為 1 秒，用戶也可以自己設(shè)定 )，以通知組內(nèi)的備份路由器，主控路由器處于正常工作狀態(tài)。當(dāng)組內(nèi)的備份路由器沒有接收到來自主控路由器的報文，則將自己轉(zhuǎn)為 主控路由器。當(dāng)組內(nèi)有多臺備份路由器時，將有可能產(chǎn)生多個主控路由器。這時每一個路由器就會比較 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