論ＶＲＲＰ協(xié)議在提高校園網(wǎng)絡(luò )可靠性中的應用

　　論文摘要：本文從分析目前大多數校園網(wǎng)的可靠性現狀出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹了虛擬路由冗余協(xié)議VRRP，提出應用VRRP協(xié)議提升校園網(wǎng)絡(luò )的可靠性解決方案，從保護和提高網(wǎng)絡(luò )可靠性的角度提出一種實(shí)用的解決方案。
　　
　　論文關(guān)鍵詞：VRRP協(xié)議 可靠性 主控路由器 虛擬路由器
　　
　　一、引言
　　
　　技術(shù)的迅猛發(fā)展，大學(xué)、中學(xué)以及小學(xué)基于局域網(wǎng)的校園辦公和基于Internet的應用也逐漸增多，對校園網(wǎng)絡(luò )的可靠性提出了越來(lái)越高的要求，網(wǎng)絡(luò )中的核心設備對保證校園網(wǎng)絡(luò )的正常工作非常重要，如果保證了核心網(wǎng)絡(luò )設備的可靠性，就基本保證了校園網(wǎng)絡(luò )的可靠性。
　　
　　二、目前校園網(wǎng)絡(luò )的可靠性現狀
　　
　　網(wǎng)絡(luò )可靠性也稱(chēng)網(wǎng)絡(luò )的可用性，使用平均故障間隔MTBF(Mean Time Between Failure)和無(wú)故障工作時(shí)間兩個(gè)參數來(lái)衡量，平均故障間隔越小且無(wú)故障工作時(shí)間越長(cháng)，該網(wǎng)絡(luò )設備的可靠性就越高。不同的行業(yè)對可靠性的要求不同，一般的網(wǎng)絡(luò )，暫時(shí)中斷不影響使用，而對網(wǎng)絡(luò )依賴(lài)程度比較高的商務(wù)和行業(yè)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )的中斷就意味著(zhù)利益受損。網(wǎng)絡(luò )可靠性的研究探討，意義重大。
　　網(wǎng)絡(luò )設備的投資在網(wǎng)絡(luò )建設中占有相當大的比例，高檔的、可靠性高的網(wǎng)絡(luò )設備往往價(jià)格不菲。由于資金的因素，一般規模的校園網(wǎng)建設中，不可能配備高檔的設備。網(wǎng)絡(luò )的可靠性需要設備本身的可靠程度來(lái)保證。通常情況是，用一臺和工作設備相同配置的網(wǎng)絡(luò )設備作為冷備。工作設備出現問(wèn)題時(shí)，將冷備的設備接入網(wǎng)絡(luò )，恢復通訊，這種方案，網(wǎng)絡(luò )中斷的時(shí)間一般在十幾分鐘左右，不能滿(mǎn)足校園網(wǎng)絡(luò )可靠性的要求，現在學(xué)校的大部分的工作都通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行，學(xué)生學(xué)籍、教務(wù)管理、教師簽到、學(xué)校辦公、網(wǎng)絡(luò )招生等，十幾分鐘的網(wǎng)絡(luò )中斷也會(huì )使正常的日常工作變得混亂，尤其是網(wǎng)絡(luò )招生工作，網(wǎng)絡(luò )中斷更是后果嚴重。如果對所有網(wǎng)絡(luò )設備進(jìn)行更新，購買(mǎi)高可靠性的核心層次設備(通常是有兩個(gè)主控板，另一塊板卡做備份，網(wǎng)絡(luò )可以在幾秒鐘之內恢復工作)是一種很好的可靠性解決方案，但是從資金投入的角度來(lái)說(shuō)，目前多校不具有如此的經(jīng)濟承受能力。本著(zhù)保護現有投資的角度考慮，可以采用廉價(jià)冗余的思路，在可靠性和經(jīng)濟性方面找到平衡點(diǎn)。
　　
　　三、VRRP協(xié)議綜述
　　
　　什么是VRRP協(xié)議?
　　虛擬路由冗余協(xié)議(VirtuaI Router Redundancy Protocol，簡(jiǎn)稱(chēng)VRRP協(xié)議。在該協(xié)議中，一對路由設備協(xié)同工作，對終端IP設備的默認網(wǎng)關(guān)(DefauIt Gateway)進(jìn)行冗余備份，當一臺路由設備宕機時(shí)，備份路由設備及時(shí)接管轉發(fā)工作，向用戶(hù)提供透明的切換，起到提高網(wǎng)絡(luò )可靠性的作用。
　　
　　VRRP協(xié)議的重要概念
　　在VRRP協(xié)議中，有兩組重要的概念：VRRP路由器和虛擬路由器；主控路由器和備份路由器。VRRP路由器是實(shí)體，虛擬路由器是VRRP協(xié)議創(chuàng )建的，是概念。一組VRRP路由器協(xié)同工作構成一臺虛擬路由器，具有唯一固定lP地址和MAC地址。一個(gè)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(gè)VRRP組中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。使用選擇策略從路由器組中選出一臺作為主控，負責ARP相應操作和轉發(fā)IP數據包，組中的其它路由器作為備份的角色處于待命狀態(tài)。當主控路由器發(fā)生故障時(shí)，備份路由器能在幾秒鐘的時(shí)延后升級為主路由器。此切換非常迅速而且不用改變IP地址和MAc地址，對終端使用者是透明的。
　　
　　vRRP協(xié)議工作原理
　　VRRP路由器用VRID標識，取值0-255，對外表現為唯一的虛擬MAC地址，格式為00-00-5E-00-01-[VRID]。主控路由器負責對ARP請求用該MAC地址做應答。VRRP控制報文是VRRP通告，使用IP多播數據包進(jìn)行封裝，使用組播地址，發(fā)布范圍只限于同一局域網(wǎng)內。主控路由器周期性的發(fā)送VRRP通告報文，備份路由器在連續三個(gè)通告間隔內收不到VRRP通告或收到優(yōu)先級為0的通告后啟動(dòng)新的一輪VRRP選舉。選舉參數是優(yōu)先級和IP地址，VRRP協(xié)議中優(yōu)先級范圍是0—255，數值大的優(yōu)先級高。優(yōu)先級的配置原則可以依據鏈路的速度和、路由器性能和可靠性以及其它策略設定。
　　如何保證VRRP協(xié)議的安全性?可以使用兩種安全認證措施：明文認證和IP頭認證。明文認證方式在加入一個(gè)VRRP路由器組時(shí)，必須同時(shí)提供相同的VRID和明文密碼。適合于避免在局域網(wǎng)內的配置錯誤，但網(wǎng)絡(luò )監聽(tīng)方式竊取密碼防范較低；IP頭認證的方式提供了更高的安全性，能夠防止報文重放和修改等攻擊。
　　
　　四、VRRP協(xié)議應用在校園網(wǎng)絡(luò )中的方案
　　
　　1、VRRP單備份組配置：RTA和RTB在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò )組建中，可以使用不同檔次的設備。RTA和RTB對Internet都有鏈路，而且為了性，兩條鏈路的速率也可以不一樣。選擇檔次高的那個(gè)設備作為主控路由器，配置方案如下圖所示：
　　這里假定RTA的性能和可靠性都要高于RTB。連接校園網(wǎng)中各主機，RTA實(shí)際地址為IP1，RTB的實(shí)際地址為IP2。RTA和RTB組成一個(gè)VRRP路由器組，共同虛擬出IP3為虛擬路由器的地址。配置RTA的VRR P的優(yōu)先級高于RTB的，則RTA經(jīng)過(guò)選舉就成為主控路由器，H1、H2、H3的默認網(wǎng)關(guān)地址設定為IP3。RTA負責ICMP重定向、ARP應答和IP報文的轉發(fā)：一BRTA失敗，根據策略RTB立即啟動(dòng)切換，成為主控，保證網(wǎng)絡(luò )正常通訊。還應該在RTA上設置搶占模式，當RTA 恢復工作后，繼續成為主控路由器，行使網(wǎng)姜的職錐
　　2、VRRP多備份組配置：在VRRP單備份組的應用中，一臺路由器在線(xiàn)時(shí)作為主控，另一臺路由器只是作為后備，不參與轉發(fā)工作，閑置了設備和鏈路。如果兩臺設備屬于同檔次，可配置VRRP多備份組，使兩臺設備都參與數據的轉發(fā)，達到備份和負載分擔雙重效果。配置兩臺路由器同時(shí)屬于互為備份的兩個(gè)VRRP組：在組1中RTA為主控設備；組2中RTB為主控設備。將一部分主機的默認網(wǎng)關(guān)設定為組1的虛擬IP地址；另一部分主機的默認網(wǎng)關(guān)設定為組2的虛擬IP地址。如果RTA出現故障，經(jīng)過(guò)VRRP選舉，RTB為2個(gè)VRRP組的主控路由器，下面的所有主機都通過(guò)RTB連接Internet；相對應，如果RTB出現故障，RTA成為兩個(gè)備份組主控路由器。實(shí)現了負載均衡和提高網(wǎng)絡(luò )可靠性的功能。
　　3、VRRP協(xié)議跟蹤端口功能：VRRP協(xié)議應用在校園網(wǎng)中，用以提高校園網(wǎng)絡(luò )的可靠性，無(wú)論是單備份組還是雙備份組，VRRP協(xié)議只是對網(wǎng)絡(luò )局域網(wǎng)側的鏈路進(jìn)行監測，起到備份的作用。而對上連Internet的鏈路的故障卻沒(méi)有辦法。VRRP協(xié)議使用的前提是，RTA和RTB接入到同一個(gè)局域網(wǎng)內。而兩臺路由器上連Internet的鏈路可能不屬于一個(gè)ISP，不能使用VRRP協(xié)議。當主控路由器的連接Internet的鏈路出了問(wèn)題，即便備份路由器連接Internet的鏈路是通的，下面所連的主機也不能訪(fǎng)問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò )。VRRP協(xié)議的端口跟蹤功能可以解決此問(wèn)題，在配置VRRP的時(shí)候，讓它監視上連Internet端口的狀態(tài)，如果物理端口的狀態(tài)從UP變?yōu)镈OWN的時(shí)候，設置VRRP主控路由器的優(yōu)先級減掉一個(gè)數值，從而優(yōu)先級低于備份路由器的VRRP優(yōu)先級。開(kāi)始新一輪的VRRP選舉，備份路由器變?yōu)橹骺芈酚善�，繼續保持和Internet的通訊。
　　
　　五、小結
　　
　　VRRP協(xié)議應用在校園網(wǎng)絡(luò )中，確實(shí)能夠提高網(wǎng)絡(luò )的可靠性。在使用的時(shí)候，也要注意通告周期的設定，恰當的設置該數值。如果設定不恰當，可能會(huì )引起頻繁的VRRP選舉，網(wǎng)絡(luò )反而會(huì )頻繁的中斷，反而起不到提高可靠性的作用。如果經(jīng)濟條件允許的情況下，網(wǎng)絡(luò )核心層盡量配置具有高可靠性的設備，從設備本身提高可靠性，同時(shí)應用VRRP協(xié)議，使網(wǎng)絡(luò )可靠性進(jìn)一步提高。

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