VRRP的作用與實施論文
摘要:本文以紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)為平臺,以建設(shè)基于VRRP的核心交換機冗余系統(tǒng)為目的,介紹了VRRP的原理及實施方法。
關(guān)鍵詞:VRRP;負載均衡;容錯
一、問題的提出
紹興職業(yè)技術(shù)學(xué)院在20xx年7月進行了網(wǎng)絡(luò)擴容改造,大大增強了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和安全性。但隨著自動化辦公的不斷深入、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,同時也與網(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),同時在核心交換機上為每個VLAN分別設(shè)置一個IP地址,作為相應(yīng)VLAN的默認網(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)都會轉(zhuǎn)發(fā)給默認網(wǎng)關(guān)指向的設(shè)備,也即核心交換機轉(zhuǎn)發(fā),從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的連通性。從這里我們可以看出,核心交換機的作用至關(guān)重要,不僅承擔著各VLAN間的路由功能,也起著與外網(wǎng)連通的橋梁作用。若核心交換機出現(xiàn)故障或宕機,將會導(dǎo)致整個網(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,在核心交換機出現(xiàn)故障時把損失降到最低,我們可以再添置一臺核心交換機,作為原核心交換機的備份設(shè)備,當原核心交換機出現(xiàn)問題時,可由備份的設(shè)備自動接替其工作。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,客戶端仍會把數(shù)據(jù)發(fā)向有問題的原核心交換機。
VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)協(xié)議是一種設(shè)備容錯協(xié)議,可以將一組交換機組織成一個虛擬交換機,稱之為一個備份組。在這個備份組中,交換機身份有master即主交換機和backup即備份交換機之分,身份的獲取由交換機按競選的方法自動競選獲取,其中master交換機負責數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),而backup交換機定時檢測master交換機的工作狀況,當檢測到master出現(xiàn)故障時,會自動接替master交換機的工作轉(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臺核心交換機同樣需要為各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網(wǎng)關(guān),那么客戶端的默認網(wǎng)關(guān)該設(shè)什么呢?VRRP協(xié)議把網(wǎng)內(nèi)的兩臺核心交換機組織成VRRP備份組,該備份組要根據(jù)實際情況為各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(該地址實際上是VRRP備份組為vlan 10設(shè)置的地址),當vlan 10內(nèi)的主機要訪問vlan 10之外的網(wǎng)絡(luò)資源時,會把數(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,該備份組會把數(shù)據(jù)交由該組內(nèi)的master交換機轉(zhuǎn)發(fā),當該組內(nèi)的backup交換機檢測到master交換機出現(xiàn)故障時,會自動接替數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能,從而提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性,同時該切換對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用于負載均衡
在VRRP備份組中,backup交換機只有當檢測到master交換機出現(xiàn)故障時,才接替master交換機的工作,進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),也就是說,當master交換機正常工作時,backup交換機不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),這對設(shè)備的利用率不高。在VRRP中,允許一臺交換機加入到多個備份組中,多個備份組可以通過設(shè)置實現(xiàn)流量的負載均衡,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,S2作為backup交換機;而在備份組20中,則剛好相反,S2作為master交換機,S1作為backup交換機,各vlan的用戶則根據(jù)實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S1轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),當出現(xiàn)故障時由該組中的backup交換機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S2轉(zhuǎn)發(fā),出現(xiàn)故障時則由該組中的backup交換機S1轉(zhuǎn)發(fā)。這樣2臺核心交換機不僅實現(xiàn)了相互備份的`目的,也實現(xiàn)了流量的分擔。
四、VRRP的配置實現(xiàn)
以學(xué)院實際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為依托,按圖2所示的拓撲結(jié)構(gòu)為例,實現(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,要求核心設(shè)備S1和S2互為備份且負載均衡,其中vlan10的用戶通過S1轉(zhuǎn)發(fā),當S1出現(xiàn)故障時,能通過S2轉(zhuǎn)發(fā);vlan20的用戶通過S2轉(zhuǎn)發(fā),當S2出現(xiàn)故障時,能通過S1轉(zhuǎn)發(fā)。本文只討論在核心交換機上vrrp協(xié)議的配置與實現(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)置該交換機在備份組10中的優(yōu)先級為120,使之成為備份組10的master交換機(默認優(yōu)先級為100,優(yōu)先級高的成為master交換機)
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)先級默認。
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)先級默認。
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)先級設(shè)置為120,使之成為vrrp備份組20的master交換機
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S1轉(zhuǎn)發(fā),vlan 20 用戶的數(shù)據(jù)通過核心交換機S2轉(zhuǎn)發(fā),實現(xiàn)了設(shè)備的容錯與負載均衡。
五、結(jié)束語
VRRP作為設(shè)備容錯的一個協(xié)議,不僅可以實現(xiàn)設(shè)備間的互相備份,也可實現(xiàn)流量的負載均衡,提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性,也使網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時用戶的損失達到最低。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:
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