VRRP的作用与实施论文

时间：2021-08-31

　　摘要：本文以绍兴职业技术学院网络为平台，以建设基于VRRP的核心交换机冗余系统为目的，介绍了VRRP的原理及实施方法。

VRRP的作用与实施论文

　　关键词：VRRP；负载均衡；容错

　　一、问题的提出

　　绍兴职业技术学院在20xx年7月进行了网络扩容改造，大大增强了网络的稳定性和安全性。但随着自动化办公的不断深入、应用服务的不断增加以及用户数量的不断增多，用户对网络的稳定性也提出了更高的要求。提高网络的稳定性需要日常的监管与维护，同时也与网络的架构有关。

　　目前学院网络结构如图1所示，为了提高网络的稳定性和安全性，我们把不同的用户按区划到了不同的VLAN中（如A区为VLAN10，分配地址为：192.168.10.X/24;C区为VLAN 20，分配地址为192.168.20.X/24）,同时在核心交换机上为每个VLAN分别设置一个IP地址，作为相应VLAN的默认网关（VLAN10设置地址为192.168.10.254，作为VLAN10用户的网关地址； VLAN20设置地址为192.168.20.254，作为VLAN20用户的网关地址）。这样，客户端发向不同VLAN以及外网的数据都会转发给默认网关指向的设备，也即核心交换机转发，从而实现网络的连通性。从这里我们可以看出，核心交换机的作用至关重要，不仅承担着各VLAN间的路由功能，也起着与外网连通的桥梁作用。若核心交换机出现故障或宕机，将会导致整个网络的瘫痪。

　　二、VRRP技术分析

　　为了提高网络的稳定性，在核心交换机出现故障时把损失降到最低，我们可以再添置一台核心交换机，作为原核心交换机的备份设备，当原核心交换机出现问题时，可由备份的设备自动接替其工作。但添置的设备若不做任何设置将不起作用，出现故障时，客户端仍会把数据发向有问题的原核心交换机。

　　VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)协议是一种设备容错协议，可以将一组交换机组织成一个虚拟交换机，称之为一个备份组。在这个备份组中，交换机身份有master即主交换机和backup即备份交换机之分，身份的获取由交换机按竞选的方法自动竞选获取，其中master交换机负责数据的转发，而backup交换机定时检测master交换机的工作状况，当检测到master出现故障时，会自动接替master交换机的工作转发数据。其结构如图2所示：

　　具体而言，图中的2台核心交换机同样需要为各vlan设置相应的IP地址作为VLAN的`链接地址，S1中设置VLAN10的链接地址为192.168.10.253/24,vlan20的链接地址为192.168.20.253/24；在S2中设置VLAN10的链接地址为192.168.10.252/24,vlan20的链接地址为192.168.20.252/24,但这些地址不作为客户端的默认网关，那么客户端的默认网关该设什么呢？VRRP协议把网内的两台核心交换机组织成VRRP备份组，该备份组要根据实际情况为各vlan设置虚拟IP地址，图2中vlan10设置地址为192.168.10. 254/24，vlan20设置地址为192.168.20.254/24，而这些地址才是相应vlan用户的网关地址。

　　接下来以vlan10的用户为例简单阐述下数据的传输过程。对于vlan10的用户需设置网关地址为192.168.10.254/24(该地址实际上是VRRP备份组为vlan 10设置的地址)，当vlan 10内的主机要访问vlan 10之外的网络资源时，会把数据发向网关地址所指定的设备，也即VRRP备份组，该备份组会把数据交由该组内的master交换机转发，当该组内的backup交换机检测到master交换机出现故障时，会自动接替数据转发功能，从而提高网络的稳定性，同时该切换对于用户来说是完全透明的，并不需要客户端更改设置。

　　三、VRRP用于负载均衡

　　在VRRP备份组中，backup交换机只有当检测到master交换机出现故障时，才接替master交换机的工作，进行数据的转发，也就是说，当master交换机正常工作时，backup交换机不转发数据，这对设备的利用率不高。在VRRP中，允许一台交换机加入到多个备份组中，多个备份组可以通过设置实现流量的负载均衡，充分利用各设备。

　　具体而言，通过VRRP创建备份组10和备份组20。在备份组10中，S1作为master交换机，S2作为backup交换机；而在备份组20中，则刚好相反，S2作为master交换机，S1作为backup交换机，各vlan的用户则根据实际情况与不同的备份组关联，图2中vlan10的用户与备份组10关联，通过该组中master交换机S1转发数据，当出现故障时由该组中的backup交换机S2转发；vlan20的用户与备份组20关联，数据由该组的master交换机S2转发，出现故障时则由该组中的backup交换机S1转发。这样2台核心交换机不仅实现了相互备份的目的，也实现了流量的分担。

　　四、VRRP的配置实现

　　以学院实际网络结构作为依托，按图2所示的拓扑结构为例，实现内网用户（vlan10和vlan20用户）能够访问外网（用地址为60.190.195.161/24模拟），同时，要求核心设备S1和S2互为备份且负载均衡，其中vlan10的用户通过S1转发，当S1出现故障时，能通过S2转发；vlan20的用户通过S2转发，当S2出现故障时，能通过S1转发。本文只讨论在核心交换机上vrrp协议的配置与实现，其他设备的配置不在本文的讨论范围内。

　　基本配置：在S1和S2上配置vlan及相应vlan的连接地址

　　在核心交换机S1中创建vlan10和vlan 20

　　S1(config)#vlan 10

　　S1(config)#vlan 20

　　为不同vlan 设置相应的链接地址

　　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

　　在核心交换机S2中创建vlan10和vlan 20

　　S2(config)#vlan 10

　　S2(config)#vlan 20