【正文】 ............................................................................ 22 BFD 協(xié)議簡介 ..................................................... 22 VRRP 應(yīng)用 BFD 進(jìn)行探測 ............................................ 22 高速切換：定時(shí)器修改 ............................................ 22 VRRP BACKUP 到 MASTER 的快速切換修改 .............................. 23 6 HSRP 的雙機(jī)機(jī)熱備份 .................................................................................................... 23 HSRP 的配置 ...................................................... 23 HSRP 與 VRRP 的比較 ............................................... 25 區(qū)別 ........................................................ 25 聯(lián)系 ........................................................ 25 7 結(jié) 論 ............................................................................................................................... 26 8 致 謝 ............................................................................................................................... 26 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 27 1 虛擬路由冗余協(xié)議研究與應(yīng)用 摘要 : 虛擬路由冗余協(xié)議（ VRRP）是保持網(wǎng)絡(luò)高可靠性的一種解決方案。該協(xié)議應(yīng)用于作為靜態(tài)配置缺省網(wǎng)關(guān)上的第三層交換機(jī)和路由器上，為依賴缺省網(wǎng)關(guān)進(jìn)行廣域網(wǎng)接入或訪問其它局域網(wǎng)網(wǎng)域的終端系統(tǒng)提供了更快、更有效的冗余容錯(cuò)能力。從 2020 年起，就由 Nokia 公司的網(wǎng)絡(luò)專家 執(zhí)筆開始擬定 IPV6 下的 VRRP 構(gòu)架，主要有兩個(gè)出發(fā)點(diǎn)來設(shè)計(jì)這個(gè)新的 VRRP，一是針對在 IPV6下新的 IP構(gòu)架，比如說取消了廣播報(bào)文、對 IPV4下發(fā)送免費(fèi) ARP通告網(wǎng)絡(luò)自身的 IP改為發(fā)送用 ICMP IPV6的 NA 報(bào)文等對 VRRP 協(xié)議作必須的相應(yīng)修改，二是利用 IPV4下多年使用 VRRP的經(jīng)驗(yàn)，趁著 IP 協(xié)議變更之際，對 VRRP 中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的不足之處進(jìn)行了修改，比如說取消了認(rèn)證字段，改變了廣播間隔的度量單位，增加了接受模式等，該草案自 2020年 12月起每隔 6月出一個(gè)更新版，最新的是 2020年 9月的草案 7。如果在規(guī)定的一段時(shí)間內(nèi) (Hold time)不能發(fā)出 Hello 包時(shí) ,HSRP 就認(rèn)為活動路由器出現(xiàn)故障 ,此時(shí)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(jī)感覺不到服務(wù)被中斷。 GLBP 的革命性的 創(chuàng)新在于提出了“虛 MAC 分發(fā)” 這一機(jī)制。 AVF 分為兩類 ： Primary Virtual Forwarder 和 Secondary Virtual Forwarder。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(jī)動態(tài)學(xué)習(xí)路由。 VRRP 協(xié)議只支持一個(gè)路由器代表虛擬路由器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程。一個(gè) 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(gè)或者多個(gè)處于備份角色的路由器。 設(shè)置定時(shí)通告定時(shí)器 ； 設(shè)置主機(jī)超時(shí)定時(shí)器 ； TTL 必須為 255， 不是 255 的報(bào)文將會被丟棄 Protocol IANA 為 VRRP 分配的協(xié)議號是 112 Version 版本號。但是，在一個(gè) 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。當(dāng)主控路由器正常工作時(shí)，它會每隔一段時(shí)間發(fā)送一個(gè) VRRP 組播報(bào)文 (發(fā)送報(bào)文的默認(rèn)時(shí)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)。為了減少網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗只有主控路由器才 可以周期性的發(fā)送VRRP 通告報(bào)文。 VRRP 定義了兩種認(rèn)證方式 ： 簡單字符認(rèn)證 (Simple Text Passwords)和 MD5 認(rèn)證。 動態(tài)路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制分析 VRRP 相對于一些動態(tài)路由發(fā)現(xiàn)機(jī)制的優(yōu)勢值得探討，簡單分析如下。 所 以路由協(xié)議并不能替代 VRRP。 配置簡單，開銷低 ； 則 RA 成為MASTER，負(fù)責(zé) ICMP 重定向、 ARP應(yīng)答和 IP 報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā) ； 一旦 RA失敗， RB立即啟動 12 切換，成為 MASTER，從而保證了對客戶 透明的安全切換。另外簡單的二層交換機(jī)可能會對 VRRP 的組播組地址不識別而導(dǎo)致 VRRP 異常，這 個(gè)在使用交換機(jī)的時(shí)候需要特別注意 。正常情況下，路由器 R1 作為活動路由器提供網(wǎng)關(guān) ()的功能。如 圖所示 ： 17 C:\ping t 以上可以看到， R1故障時(shí)， R2 不能很 快就替代 R1，計(jì)算機(jī)通信 受到 了 短暫的影響。 VRRP 多備份組配置 除了單備份組，還允許在同一個(gè)以太網(wǎng)接口上配置多個(gè) VRRP 備份組。 在 路由器 R1 加上的配置： 19 R1(config)int f0 R1(configif)vrrp 2 ip R1(configif)vrrp 2 timers advertise 3 R1(configif)vrrp 2 preempt R1(configif)vrrp 2 timers learn R1(configif)vrrp 2 authentication string R1(configif)end R1show vrrp brief Interface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addr FastEther0 1 120 P Master FastEther0 2 100 P Backup R1 在 路由器 R2加上的配置： R2(config)int f0 R2(configif)vrrp 2 ip R2(configif)vrrp 2 priority 120 R2(configif)vrrp 2 preempt R2(configif)vrrp 2 timers advertise 3 R2(configif)vrrp 2 authentication string R2(configif)vrrp 2 track fastether1 30 R2(configif)end R2show vrrp brief Interface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addr FastEther0 1 100 P Backup FastEther0 2 120 P Master R2 可見路由器 R1 與 R2 相互備份，而且二者分別在 VRRP 備份組 1與 2中成為主路由器提供不同的虛擬網(wǎng)關(guān)功能。 增加延時(shí)搶占功能 VRRP 協(xié)議運(yùn)行在路由器和三層交換機(jī)上，一般都要和很多路由 協(xié)議配合使用。但是這極短的時(shí)間也是對網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的一個(gè)危害。 如圖 ，路由器 R1 作為 MASTER，其 FE1 已經(jīng)故障，此時(shí)路由 器 R1己不可用，本應(yīng)由路由器 R2 接替成為 MASTER。當(dāng)上行鏈路發(fā)生故障，路由器 R1 主動降低配置的優(yōu)先級之后，發(fā)出的 VRRP 通告報(bào)文為路 由 器 R2所得。安全上主要是偽造 MASTER 報(bào)文欺騙路由器攻擊； 穩(wěn)定性則依賴于 VRRP 的性能和切換速度。 BFD 這樣的協(xié)議將使服務(wù)提供商以客戶要求的可靠性和可用性水平，在 IP 上提供各種實(shí)時(shí)服務(wù)。 BACKUP 收到優(yōu)先級比自己低的報(bào)文，立刻進(jìn)行搶占，而不是等待定時(shí)器超時(shí)。前者的改動是考慮到 MASTER 監(jiān)測到上行鏈路問題之后主動降低優(yōu)先級，對于 BACKUP 來說，發(fā)現(xiàn)自身優(yōu)先級較高，說明 MASTER 己經(jīng)不可用 (雖然 MASTER 仍然在同一廣播域中發(fā)送報(bào)文 )，立刻進(jìn)行切換。通過這種方式實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡，需要計(jì)算機(jī)在設(shè)置網(wǎng)關(guān)時(shí)有所不同，如果計(jì)算機(jī)的 IP 是 DHCP 分配的，就不太方便了。 聯(lián)系 HSRP 與 VRRP 協(xié)議的工作機(jī)理有許多相似之處 。唯一的亮點(diǎn)在于“虛實(shí)結(jié)合”的 IP 配置，可以同時(shí)擔(dān)任虛路由器和實(shí)際路由器，這是一種 值得肯定的靈活性和適配性，但是實(shí)用價(jià)值并不明顯。本論文的完成得到了 李偉 老師的悉心指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷。 學(xué) 士論文的結(jié)束標(biāo)志著 本科 階段的生活的結(jié)束，也是生命中另外一個(gè)重要階段的開始，在今后的工作中，我要銳意進(jìn)取，加倍努力，爭取成為國家的棟梁之才，我相信這也是對那些曾經(jīng)關(guān)心和愛護(hù)過我的人們的最好的回報(bào)。在論文完成之際，謹(jǐn)向 李 老師致以最衷心的謝意。本文的主要研究工作如下 ： 研究當(dāng)前路由自動備份選舉技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，對于 VRRP 的兩種競爭協(xié)議進(jìn)行了 分析。雖然通常采用負(fù)載均衡組網(wǎng)來避免這種浪費(fèi)， 但是這樣的組網(wǎng)必須手動配置多個(gè) VRRP備份組，操作比較繁瑣重復(fù)，無疑增加了網(wǎng)絡(luò)管理的負(fù)擔(dān)和開銷。 UDP報(bào)文上，而 VRRP承載在 TCP報(bào)文上 (HSRP 使用 UDP 1985端口，向組播地址 發(fā)送 hello 消息 ) 。 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中用的都是 cisco 1701 路由器 ，下面將 給出路由器 R1與 R2的 SHRP相關(guān)配置 [11][12]。 BACKUP 的行為 ： 采用 VRRP 和BFD 聯(lián)動，豐富監(jiān)視功能之后，定時(shí)器需要相應(yīng)做出改動。作為一項(xiàng) IETF 方案標(biāo)準(zhǔn)， BFD 提供一種檢測鏈路或系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸流能力的簡單方法。監(jiān)視功能降低多少優(yōu)先級合適，這取決于對端的配置。 增加監(jiān)視功能，就是保證 VVRP 路由器監(jiān)視 其上行鏈路狀態(tài)，并在鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)調(diào)整自身的優(yōu)先級。這樣一來，搶占可以合理地錯(cuò)開，網(wǎng)絡(luò)混亂就可以避免。那么當(dāng) MASTER 故障，誰該接任 MASTER 工作呢 ？ BACKUP 等待 MASTER 報(bào)文的時(shí)限是 MASTER DOWN – TIME 加上協(xié)議規(guī)定提出的SKEWTIME (計(jì)算方法 (256priority)/256，偏斜值，用于修正 VRRP 的 BACKUP 等待時(shí)間 )。當(dāng)組內(nèi)有多臺備份路由器時(shí)，將有可能產(chǎn)生多個(gè)主路由器。路由器 R1在備份組 1中作為主路由器，在備份組2 中作為備份路由器；而路由器 R2 在備份組 1 中作為備份路由器，在備份組 2 中作為主路由器?？梢耘渲枚丝诟櫧鉀Q這個(gè)問題，端口跟蹤使得 R1 在發(fā)現(xiàn) FE1 上的鏈路出現(xiàn)問 題后，把自己的優(yōu)先級（設(shè)為 120）減去一個(gè)數(shù)字（如 30），成為了 90，由于 R2的優(yōu)先級為 100， R2 就成為了活動路由器。 配置 IP 地址、路由協(xié)議、 VRRP 路由器 R1 的配置： Router2624en Password: Router2624config t Enter configuration mands, one per line. End with CNTL/Z. Router2624(config)hostname R1 R1(config)interface fastether0 R1(configif)no shutdown R1(configif)ip address R1(configif)vrrp 1 ip 啟用 VRRP 15 R1(configif)vrrp 1 priority 120 設(shè)置 VRRP 備份組 1 的優(yōu)先級 為 120，默認(rèn)為 100 R1(co