VRRP負載均衡技術(shù)介紹

1、目 錄VRRP 負載均衡.1VRRP 負載均衡簡介. 1VRRP 負載均衡模式的報文. 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. 3虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器備份. 3虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器監(jiān)視功能. 4VRRP 負載均衡VRRP 負載均衡簡介在VRRP 標準協(xié)議模式中，只有Master 路由器可以轉(zhuǎn)發(fā)報文，Backup 路由器處于監(jiān)聽狀態(tài)，無法轉(zhuǎn)發(fā)報文。雖然創(chuàng)建多個備份組可以實現(xiàn)多個路由器之間的負載分擔(dān)，但是局域網(wǎng)內(nèi)的主機需要設(shè)置不同的網(wǎng)關(guān)，增加了配置的復(fù)雜性。VRRP 負載均衡模式在VRRP 提供的虛擬網(wǎng)關(guān)冗余備份功能基礎(chǔ)上，增加了負載均衡功能。其實現(xiàn)原理為：將一個虛擬IP 地址與多個

2、虛擬MAC 地址對應(yīng)，VRRP 備份組中的每個路由器都對應(yīng)一個虛擬MAC 地址，使得每個路由器都能轉(zhuǎn)發(fā)流量。在VRRP 負載均衡模式中，只需創(chuàng)建一個備份組，就可以實現(xiàn)備份組中多個路由器之間的負載分擔(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 負載均衡模式以VRRP 標準協(xié)議模式為基礎(chǔ)，VRRP 標準協(xié)議模式中的工作機制（如Master 路由器的選舉、搶占、監(jiān)視功能等），VRRP 負載均衡模式均支持。VRRP 負載均衡模式還在此基礎(chǔ)上，增加了新的工作機制。VRRP 負載均衡模式的報文VRRP 標準協(xié)議模式中只定義了一種報文VRRP 通告

3、報文，且只有Master 路由器周期性發(fā)送該報文，Backup 路由器不會發(fā)送VRRP 通告報文。為了實現(xiàn)負載均衡，VRRP 負載均衡模式中定義了四種報文：z Advertisement 報文：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)送該報文。z Request 報文：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 報文，請求Master 路由器為其分配虛擬MAC 地址。z Reply 報文：Maste

4、r 路由器接收到Request 報文后，將通過Reply 報文為Backup 路由器分配虛擬MAC 地址。收到Reply 報文后，Backup 路由器會創(chuàng)建虛擬MAC 地址對應(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 報文：VF Owner的失效時間達到一定值后，接替其工作的路由器將發(fā)送Release 報文，通知備份組中的路由器刪除VF Owner對應(yīng)的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器。虛擬MAC 地址的分配VRRP 負載均衡模式中，Master 路由器負責(zé)為備份組中的路由器分配虛擬MAC 地址，并根據(jù)負載均衡算法為來自主機的ARP （IPv4網(wǎng)絡(luò)中）/ND（IPv6網(wǎng)絡(luò)中）請求，應(yīng)答不同

5、的虛擬MAC 地址，從而實現(xiàn)流量在多個路由器之間分擔(dān)。備份組中的Backup 路由器不會應(yīng)答主機的ARP （IPv4網(wǎng)絡(luò)中）/ND（IPv6網(wǎng)絡(luò)中）請求。 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Host A、Host B和Host C發(fā)送ARP 請求，獲取網(wǎng)關(guān)10.1.1.1對應(yīng)的MAC 地址，Master

6、路由器Router A根據(jù)負載均衡算法，利用不同的虛擬MAC 地址應(yīng)答主機的ARP 請求：z Host A獲取的MAC 地址為Router A的虛擬MAC 地址，即Host A認為網(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 負載均衡模式通過虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)負載分擔(dān)。每個虛擬轉(zhuǎn)發(fā)

7、器都對應(yīng)備份組的一個虛擬MAC 地址，負責(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)先級虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的權(quán)重標識了設(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。當(dāng)權(quán)重低于一定的值失效下限時，設(shè)備無法再為主機轉(zhuǎn)發(fā)流量。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)先級用來決定虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的狀態(tài)：優(yōu)先級最高的虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器處于Active 狀態(tài)，稱為AVF （Active Virtua

8、l Forwarder），負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)流量。虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)先級取值范圍為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)重計算虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)先級。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)先級為最高值255，作為AVF 負責(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 報文后，也會創(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，將選舉出虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先級最高的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 報文中虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先級低于本地虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先級，LVF 就會搶占成為AVF 。 虛擬轉(zhuǎn)發(fā)器監(jiān)視功能 AVF 負責(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，如果不能及時通知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