張壽榆 王永群
一、引言:
當(dāng)前，IP已經(jīng)成為大部分骨干網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的路由協(xié)議。在部分網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求是很高的，任何停工和儲(chǔ)運(yùn)損耗都會(huì)對(duì)用戶造成嚴(yán)重影響。例如：
1．Internet服務(wù)提供商提供Web主機(jī)設(shè)備，為了使得用戶的Web服務(wù)器對(duì)公眾總是有效的，必須保證用戶99.9999%的正常運(yùn)行時(shí)間。
2．過程控制應(yīng)用必須能夠適時(shí)訪問它的控制的系統(tǒng)，否則可能會(huì)發(fā)生結(jié)果損失嚴(yán)重的控制；
3．有時(shí)，運(yùn)行在IP主機(jī)上的應(yīng)用會(huì)超時(shí)，如果業(yè)務(wù)運(yùn)行對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求較高，這種超時(shí)會(huì)帶來很壞影響。
越來越多的IP主機(jī)使用DHCP指定它們的IP地址。然而，許多IP主機(jī)使用手工配置作為發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)路由地址的唯一手段。一些主機(jī)使用網(wǎng)關(guān)偵探辦法獲得，但一般不推廣使用這一方法（RFC1122），動(dòng)態(tài)Ping網(wǎng)關(guān)也是禁止使用的。ICMP路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議允許路由器通過IP主機(jī)被發(fā)現(xiàn)，但尚未廣泛使用。
這就意味著大部分主機(jī)無法快速知道路由器和與之相聯(lián)的局域網(wǎng)連接是否已經(jīng)失敗，而且IP主機(jī)檢測(cè)連路失敗與替代路由器進(jìn)行交換需要很長(zhǎng)時(shí)間。
因此，對(duì)任何設(shè)備來說，提高網(wǎng)絡(luò)的有效性至關(guān)重要。利用虛擬路由集群技術(shù)，可以有效解決一些問題。本文通過舉例介紹CABLETRON公司的SSR千兆交換路由集群技術(shù)，來作一些探討。
二、如何去做？
采用虛擬路由集群技術(shù)能夠?qū)⑽挥谕痪钟蚓W(wǎng)的CABLETRON多個(gè)SSR路由器定義為互相之間作路由備份的集群，集群中的SSR路由器采用IETF虛擬冗余路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)路由交換機(jī)間以及各路由器所在局域網(wǎng)間的鏡像，如果一個(gè)路由器或它所連接的局域網(wǎng)連接失敗，其它的路由器會(huì)自動(dòng)代替失敗的路由器繞過故障點(diǎn)重新路由，路由的恢復(fù)時(shí)間在數(shù)秒之內(nèi)，因此這是運(yùn)行在IP主機(jī)上的透明應(yīng)用。
1、VRRP的概念
如圖一所示，VRRP可以在工作站的缺省網(wǎng)關(guān)失效時(shí)提供一個(gè)備份路由器，VRRP可以創(chuàng)建一個(gè)具有虛擬MAC地址和虛擬IP地址的虛擬路由器。 誠然，我們可以在Windows98中添加多個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)，但該特征只能在主機(jī)啟動(dòng)時(shí)使用。換句話說，主機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)網(wǎng)關(guān)列表中的第一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)使用ARP進(jìn)行地址解析，如果解析失敗，將對(duì)列表中的其它網(wǎng)關(guān)繼續(xù)進(jìn)行地址解析。
當(dāng)主機(jī)找到缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址后，該網(wǎng)關(guān)突然癱瘓會(huì)整么樣呢？只能從新啟動(dòng)主機(jī)，讓它繼續(xù)尋找下一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)。
使用VRRP便可以解決這個(gè)問題，因?yàn)樗莿?dòng)態(tài)變化的，如果主路由器癱瘓，則備份路由器隨之便自動(dòng)替代主路由器。主機(jī)根本覺察不到其中的絲毫差異。 虛擬路由集群技術(shù)被作為一個(gè)模塊集成到SSR的軟件中以保證網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實(shí)用性，且提高了應(yīng)用要求較高的網(wǎng)絡(luò)的可靠性和適應(yīng)性。 CABLETRON的虛擬路由集群技術(shù)遵循IETF（Internet工程任務(wù)組）制定的VRRP（虛擬冗余路由協(xié)議）標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。
在圖二中IP主機(jī)H1、H2等連接到具有多個(gè)路由器（R1、R2等）的局域網(wǎng)上R1和R2提供到目的地D1的連接。正常情況下主機(jī)H1、H2等只配置單一路由器R1或R2的路由IP地址。問題是當(dāng)任何一個(gè)路由器失敗，則有一個(gè)或多個(gè)主機(jī)H1、H2等與目的地D1推動(dòng)連接。對(duì)一般的路由協(xié)議如RIP、OSPF等來說，主機(jī)H1、H2等發(fā)現(xiàn)路由失敗需要很長(zhǎng)時(shí)間（大約40-90秒）甚至導(dǎo)致TCP連接中斷。當(dāng)在虛擬路由集群技術(shù)中使用VRRP協(xié)議時(shí)，使得網(wǎng)絡(luò)中的路由失敗恢復(fù)僅需幾秒鐘，它極大提高了網(wǎng)絡(luò)的有效性，為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求挑剔的骨干提供路由冗余。
2、虛擬路由集群技術(shù)是如何工作的？
虛擬路由集群里的每個(gè)路由器被指定一個(gè)相應(yīng)IP地址對(duì)應(yīng)的虛擬MAC地址。然后將每個(gè)SSR配置為與所有其它路由器的MAC地址和IP地址的路由。IP主機(jī)被配置成使用任何或所有路由器作為自己的路由器。
SSR在集群里使用VRRP信息去選擇主路由，其它SSR成為熱備份路由器。集群里的每一個(gè)路由器提供一個(gè)虛擬的MAC地址（而不是它實(shí)際的MAC地址）作為對(duì)主機(jī)應(yīng)答的ARP（地址解析協(xié)議）原地址，且每個(gè)路由器也發(fā)送由ICMP（網(wǎng)間控制報(bào)文協(xié)議）重定向優(yōu)化了的IP主機(jī)作業(yè)。如果集群中的任何路由器或它們的局域網(wǎng)連接失敗，則主路由器接管其相應(yīng)作業(yè)，并通過取代它的虛擬MAC地址和IP地址實(shí)現(xiàn)ARP應(yīng)答。如果主路由器失敗，剩下的路由器會(huì)選擇一個(gè)新的主路由器，它取代了失敗的主路由器的虛擬MAC地址和虛擬IP地址。
3、ICMP路由發(fā)現(xiàn)和ICMP重定向
ICMP路由發(fā)現(xiàn)允許IP主機(jī)使用ICMP信息和程序區(qū)分路由器。使用ICMP，SSR周期性的廣播ICMP路由廣播信息并對(duì)來自IP主機(jī)的ICMP路由請(qǐng)求作出響應(yīng)。
ICMP重定向是使路由器通知IP主機(jī)到達(dá)特定目的地的最好路由的機(jī)制，ICMP重定向遵循RFC1122標(biāo)準(zhǔn)。
虛擬路由集群使用標(biāo)準(zhǔn)的ICMP重定向機(jī)制去控制路由器通過在鏈路失敗點(diǎn)周圍作路由，使IP包發(fā)向目的地。信息包在重定向之前仍被SSR所轉(zhuǎn)發(fā)，保證不會(huì)由于路由改變而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。
圖三幫助說明虛擬路由集群是如何工作的。在這個(gè)圖表中路由器A和路由器B都是同一虛擬路由集群的組成單元，并各自在其自己的集群內(nèi)設(shè)置成主路由器，而在其它集群設(shè)置成備份路由器。路由器A配置成自己的IP地址和虛擬MAC地址（圖三中正體字部分），同時(shí)配置成認(rèn)知路由器B的IP地址和虛擬MAC地址（圖三斜體字部分）。同樣，路由器B配置成自己的IP地址和虛擬MAC地址（圖三中正體字部分），同時(shí)配置成認(rèn)知路由器A的IP地址和虛擬MAC地址（圖三中斜體字部分）。 在這個(gè)案例里，SSR A被選為主路由器，相應(yīng)地SSR B被設(shè)選為備份路由器。兩個(gè)路由器都能夠?qū)χ鳈C(jī)1、2、3通過其虛擬MAC地址發(fā)來的ARP請(qǐng)求，兩個(gè)主機(jī)也都能對(duì)IP主機(jī)1、2、3的流量作路由。
三、這樣做的結(jié)果： 1．如果一個(gè)SSR路由器失敗會(huì)發(fā)生什么？ 假設(shè)SSR B由于其所連接的局域網(wǎng)斷路或起串口模塊電路壞掉，如圖3所示，SSR A迅速發(fā)現(xiàn)SSR B失敗，并且快速取得SSR B的IP地址和虛擬MAC地址，SSR A現(xiàn)在開始主動(dòng)對(duì)發(fā)到失敗路由器SSR B的ARP請(qǐng)求作出響應(yīng)，取得失敗路由器的虛擬MAC地址作為原地址，并主動(dòng)接收發(fā)往失敗路由器虛擬MAC地址的IP數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的目的地。
2．當(dāng)SSR路由器恢復(fù)后會(huì)發(fā)生什么？
如果SSR B恢復(fù)了，它會(huì)通知它自己和SSR，讓其停止模仿它的工作，從此SSR B會(huì)用它自己的MAC地址響應(yīng)ARP請(qǐng)求，兩個(gè)路由器同時(shí)對(duì)信息包進(jìn)行路由。SSR B恢復(fù)響應(yīng)和主路由器停止使用它的虛擬地址之間間隔只是一短暫的間隔。在這短暫的時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)包有可能被丟失或復(fù)制，通常情況下，TCP傳輸協(xié)議能夠保證端對(duì)端的數(shù)據(jù)恢復(fù)。
四、結(jié)束語
通常，在一個(gè)系統(tǒng)中使用RIP和OSPF去檢測(cè)一個(gè)故障，需要數(shù)分鐘（甚至可能檢測(cè)不到）。但在SSR中配置好路由后使用VRRP配置一定數(shù)量的虛擬路由集群可在5秒鐘內(nèi)檢測(cè)和確認(rèn)一個(gè)故障，并且可迅速以新的路由取代。這種識(shí)別和在故障周圍重路由的能力大大改善了骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的故障復(fù)原能力。在CISCO的路由交換機(jī)上，可用熱路由備份（HRVP）方法實(shí)現(xiàn)，在其它產(chǎn)品上大多有實(shí)現(xiàn)的辦法。
