VRRP負(fù)載均衡技術(shù)介紹

1、目 錄VRRP 負(fù)載均衡.1VRRP 負(fù)載均衡簡介. 1VRRP 負(fù)載均衡模式的報(bào)文. 1虛擬MAC 地址的分配. 2虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器. 3虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的權(quán)重和優(yōu)先級(jí). 3虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器備份. 3虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器監(jiān)視功能. 4VRRP 負(fù)載均衡VRRP 負(fù)載均衡簡介在VRRP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模式中，只有Master 路由器可以轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，Backup 路由器處于監(jiān)聽狀態(tài)，無法轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。雖然創(chuàng)建多個(gè)備份組可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)路由器之間的負(fù)載分擔(dān)，但是局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)需要設(shè)置不同的網(wǎng)關(guān)，增加了配置的復(fù)雜性。VRRP 負(fù)載均衡模式在VRRP 提供的虛擬網(wǎng)關(guān)冗余備份功能基礎(chǔ)上，增加了負(fù)載均衡功能。其實(shí)現(xiàn)原理為：將一個(gè)虛擬IP 地址與多個(gè)

2、虛擬MAC 地址對(duì)應(yīng)，VRRP 備份組中的每個(gè)路由器都對(duì)應(yīng)一個(gè)虛擬MAC 地址，使得每個(gè)路由器都能轉(zhuǎn)發(fā)流量。在VRRP 負(fù)載均衡模式中，只需創(chuàng)建一個(gè)備份組，就可以實(shí)現(xiàn)備份組中多個(gè)路由器之間的負(fù)載分擔(dān)，避免了VRRP 備份組中Backup 設(shè)備始終處于空閑狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)資源利用率不高的問題。說明：VRRP 負(fù)載均衡模式以VRRP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模式為基礎(chǔ)，VRRP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模式中的工作機(jī)制（如Master 路由器的選舉、搶占、監(jiān)視功能等），VRRP 負(fù)載均衡模式均支持。VRRP 負(fù)載均衡模式還在此基礎(chǔ)上，增加了新的工作機(jī)制。VRRP 負(fù)載均衡模式的報(bào)文VRRP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議模式中只定義了一種報(bào)文VRRP 通告

3、報(bào)文，且只有Master 路由器周期性發(fā)送該報(bào)文，Backup 路由器不會(huì)發(fā)送VRRP 通告報(bào)文。為了實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，VRRP 負(fù)載均衡模式中定義了四種報(bào)文：z Advertisement 報(bào)文：不僅用于通告本設(shè)備上備份組的狀態(tài)，還用于通告本設(shè)備上處于Active 狀態(tài)的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器信息。Master 和Backup 路由器均周期性發(fā)送該報(bào)文。z Request 報(bào)文：處于Backup 狀態(tài)的路由器如果不是VF Owner（VirtualForwarder Owner，虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器擁有者），則發(fā)送Request 報(bào)文，請(qǐng)求Master 路由器為其分配虛擬MAC 地址。z Reply 報(bào)文：Maste

4、r 路由器接收到Request 報(bào)文后，將通過Reply 報(bào)文為Backup 路由器分配虛擬MAC 地址。收到Reply 報(bào)文后，Backup 路由器會(huì)創(chuàng)建虛擬MAC 地址對(duì)應(yīng)的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器，該路由器稱為此虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的擁有者。z Release 報(bào)文：VF Owner的失效時(shí)間達(dá)到一定值后，接替其工作的路由器將發(fā)送Release 報(bào)文，通知備份組中的路由器刪除VF Owner對(duì)應(yīng)的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器。虛擬MAC 地址的分配VRRP 負(fù)載均衡模式中，Master 路由器負(fù)責(zé)為備份組中的路由器分配虛擬MAC 地址，并根據(jù)負(fù)載均衡算法為來自主機(jī)的ARP （IPv4網(wǎng)絡(luò)中）/ND（IPv6網(wǎng)絡(luò)中）請(qǐng)求，應(yīng)答不同

5、的虛擬MAC 地址，從而實(shí)現(xiàn)流量在多個(gè)路由器之間分擔(dān)。備份組中的Backup 路由器不會(huì)應(yīng)答主機(jī)的ARP （IPv4網(wǎng)絡(luò)中）/ND（IPv6網(wǎng)絡(luò)中）請(qǐng)求。 Host AHost BHost C圖1 虛擬MAC 地址分配示意圖如圖1所示，備份組的虛擬IP 地址為10.1.1.1/24，Master 路由器為Router A，Backup 路由器為Router B和Router C。Router A為Router A、Router B和Router C分配不同的虛擬MAC 地址。主機(jī)Host A、Host B和Host C發(fā)送ARP 請(qǐng)求，獲取網(wǎng)關(guān)10.1.1.1對(duì)應(yīng)的MAC 地址，Master

6、路由器Router A根據(jù)負(fù)載均衡算法，利用不同的虛擬MAC 地址應(yīng)答主機(jī)的ARP 請(qǐng)求：z Host A獲取的MAC 地址為Router A的虛擬MAC 地址，即Host A認(rèn)為網(wǎng)關(guān)的MAC 地址為Router A的虛擬MAC 地址，從而保證Host A的流量通過Router A轉(zhuǎn)發(fā)。z Host B獲取的MAC 地址為Router B的虛擬MAC 地址，保證Host B的流量通過Router B轉(zhuǎn)發(fā)。z Host C獲取的MAC 地址為Router C的虛擬MAC 地址，保證Host C的流量通過Router C轉(zhuǎn)發(fā)。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器VRRP 負(fù)載均衡模式通過虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)。每個(gè)虛擬轉(zhuǎn)發(fā)

7、器都對(duì)應(yīng)備份組的一個(gè)虛擬MAC 地址，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)目的MAC 地址為該虛擬MAC 地址的流量。Master 路由器負(fù)責(zé)為備份組中的所有設(shè)備（包括Master 路由器和Backup 路由器）分配虛擬MAC 地址。備份組中的路由器獲取到虛擬MAC 地址后，將創(chuàng)建該MAC 地址對(duì)應(yīng)的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器，該路由器稱為此虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的擁有者。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的權(quán)重和優(yōu)先級(jí)虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的權(quán)重標(biāo)識(shí)了設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)能力。權(quán)重值越高，設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)能力越強(qiáng)。當(dāng)權(quán)重低于一定的值失效下限時(shí)，設(shè)備無法再為主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)流量。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)先級(jí)用來決定虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的狀態(tài)：優(yōu)先級(jí)最高的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器處于Active 狀態(tài)，稱為AVF （Active Virtua

8、l Forwarder），負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)流量。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)先級(jí)取值范圍為0255，其中，255保留給VF Owner使用。設(shè)備根據(jù)虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的權(quán)重計(jì)算虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)先級(jí)。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器備份如果VF Owner的權(quán)重高于或等于失效下限，則VF Owner的優(yōu)先級(jí)為最高值255，作為AVF 負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)目的MAC 地址為虛擬MAC 地址的流量；其他路由器接收到AVF 發(fā)送的Advertisement 報(bào)文后，也會(huì)創(chuàng)建虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器，該虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器處于Listening 狀態(tài)，稱為LVF （Listening Virtual Forwarder）。圖2舉例說明了備份組中每個(gè)路由器上的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器信息。 圖2 虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器

9、LVF 監(jiān)視AVF 的狀態(tài)，當(dāng)AVF 出現(xiàn)故障時(shí)，將選舉出虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先級(jí)最高的LVF 作為AVF 。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器始終工作在搶占模式。如果LVF 接收到AVF 發(fā)送的Advertisement 報(bào)文中虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先級(jí)低于本地虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先級(jí)，LVF 就會(huì)搶占成為AVF 。 虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器監(jiān)視功能 AVF 負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)目的MAC 地址為虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器MAC 地址的流量，當(dāng)AVF 連接的上行鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，如果不能及時(shí)通知LVF 接替其工作，局域網(wǎng)中以此虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器MAC 地址為網(wǎng)關(guān)MAC 地址的主機(jī)將無法訪問外部網(wǎng)絡(luò)。 虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的監(jiān)視功能可以解決上述問題。利用NQA （Network Quality Analyzer，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析）、BFD （Bidirectional Forwarding Detec