冗余链路的可靠性研究与实现

◆俞 淮



冗余链路的可靠性研究与实现

◆俞 淮

（92126部队 福建 350007）

为了提升网络的可靠性和稳定性，本文提出VRRP+端口track+BFD+NQA的冗余链路可靠性解决方案， 确保网络的稳定运行，让客户获得高可靠的网络业务体验。

冗余链路；VRRP；BFD；NQA

0 引言

随着互联网的发展，大型企业的网络已经从简单的信息承载平台转变为公共服务平台，这就要求企业网络越来越稳定。为了保证网络的健壮性、效率和稳定性，企业有必要对机房中的关键设备采用硬件备份和双机冗余技术，利用相关的软件提供强有力的管理机制、控制手段和硬件技术，实现冗余链路的可靠切换。本文介绍的是采用虚拟路由器冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP)[1-4]。

虚拟路由器冗余协议是一种容错协议，也可以叫做备份路由协议。每一个VRRP组就是抽象出来一个虚拟的路由器，该路由器充当网络中的网关。对用户而言，只需知道虚拟路由器的IP，至于数据由谁来转发，Master故障以后谁来接替，这是VRRP的工作。在每一个VRRP组中，仅有master响应对虚拟IP地址的ARP请求。Master路由器周期性地发送VRRP消息，以便告知Backup路由器自己的存活。一旦Master路由器出现故障，处于监听状态的Backup路由器就开始接替工作[5-7]。

1 冗余链路可靠性技术

VRRP技术可以提供冗余链路主备切换，但是在实际部署中发现上行链路故障，主备无法切换，下行链路故障，主备切换时间过长等问题。下面针对每种问题，提出相应的改进办法。

（1）端口跟踪技术

上行直连链路故障时，由于下行链路正常，主备设备之间VRRP交互报文不受影响，所以导致主备无法切换。端口跟踪技术可以很好的解决这个问题，让VRRP组跟踪上行端口的状态，如果检测到端口由UP状态变为DOWN状态，则自动将主设备的优先级降低到备份设备优先级以下，备份设备收到VRRP交互报文后会自动由backup状态切换到master状态，从而实现主备切换。具体配置如下所示：

#主设备优先级设为150，备份优先级默认为100

[GigabitEthernet0/0/1]vrrp vrid 1 priority 150

#主设备上行端口故障时，优先级降低60

[GigabitEthernet0/0/1]vrrp vrid 1 track interface Gi0/0/24 reduced 60

（2）BFD联动技术

主设备故障，或者下行链路故障时，备份设备要等3个VRRP交互报文周期，大约是3.4秒[8]，如果还未收到交互报文，则默认主设备故障，备份设备由backup状态切换为master状态，接替工作，实现主备切换。但是这个等待的时间对一些实时性要求高的业务是无法忍受的，所以采用BFD联动技术，使得冗余链路的切换时间缩短到1秒以内，大大提高可靠性。

VRRP与BFD联动部署配置如下所示：

#使能BFD

[R1]bfd

[R1-bfd]quit

[R1]bfd atob bind peer-ip 192.168.1.253 interface Gi0/0/1

[R1-bfd-session-atob]discriminator local 1

[R1-bfd-session-atob]discriminator remote 2

#设置bfd检测间隔50ms

[R1-bfd-session-atob]min-rx-interval 50

[R1-bfd-session-atob]min-tx-interval 50

R2的配置

#使能BFD

[R2]bfd

[R2-bfd]quit

[R2]bfd btoa bind peer-ip 192.168.1.252 interface Gi0/0/1

[R2-bfd-session-btoa]discriminator local 2

[R2-bfd-session-btoa]discriminator remote 1

#设置bfd检测间隔50ms

[R2-bfd-session-btoa]min-rx-interval 50

[R2-bfd-session-btoa]min-tx-interval 50

设置VRRP与BFD联动

#如果bfd检测失败，备份设备优先级提升60

[R2-GigabitEthernet0/0/1]vrrp vrid 1 track bfd-session 2

increased 60

（3）NQA检测技术

上行直连链路故障可以用端口跟踪技术解决，但是上行多跳链路故障，VRRP主设备是无法感知的。这时候需要使用华为数通设备的NQA（Network Quality Analysis）技术，来检测上行多跳链路某个IP地址的可达性，如果检测失败则降低主设备的优先级，切换到备份链路接替工作，保证冗余链路的可靠性。

VRRP与NQA联动配置如下所示：

#设置NQA管理和实例名称

[R1]nqa test-instance admin test

#探测协议类型为ICMP，

[R1-nqa-admin-test]test-type icmp

[R1-nqa-admin-test]destination-address ipv4 192.168.4.1

#设置检测周期为3秒

[R1-nqa-admin-test]frequency 3

#设置ICMP报文发送间隔

[R1-nqa-admin-test]interval seconds 1

#超时时间为1秒

[R1-nqa-admin-test]timeout 1

#一个探测周期的发包个数

[R1-nqa-admin-test]probe-count 2

#立即开始检测

[R1-nqa-admin-test]start now

#vrrp与nqa实例联动，检测失败则降低优先级60

[R1-GigabitEthernet0/0/1]vrrp vrid 1 priority 150

[R1-GigabitEthernet0/0/1]vrrp vrid 1 track nqa admin test

reduce 60

在部署NQA的时候，各参数的设置不正确，会导致检测结果异常，需遵循如下规则：

interval * probe-count + timeout < frequency

在上行多跳链路故障中，如果未部署NQA，链路在断流一段时间以后也会自动恢复，但是主备不会切换，从路由跟踪可以发现，流量是先到主设备，再到备份设备的。断流的时间由ospf等动态路由协议收敛的时间决定。

2 解决方案改进

冗余链路可靠性技术的优缺点如表1所示。单纯的VRRP技术在设备故障或者下行链路故障时，备份设备在VRRP交互报文超时以后接替工作。VRRP+端口track技术对上行链路故障感知较快，自动降低优先级并通知备份设备。VRRP+BFD技术可以较快的感知设备故障和下行链路故障，接替时间缩短到1秒以内。VRRP+NQA技术可以利用ICMP监测端口，感知上行多跳链路故障，及时降低主设备优先级，并通告给备份设备。

表1 冗余链路可靠性技术

综上所述，我们提出VRRP+端口track+BFD+NQA的冗余链路可靠性解决方案。既可以缩短主备切换的时间，又可以感知上行多跳链路故障，大大提高冗余链路的可靠性，确保网络业务的稳定运行。

3 性能测试

为验证解决方案的有效性，配置如图1所示的VRRP性能测试拓扑。设备包括华为AR2220路由器一台，S5700三层交换机4台，S3700二层交换机一台，PC机一台，网线若干。实验测试在下行链路故障，上行链路故障，上行多跳链路故障三种情况下分别进行，测试冗余链路的可靠性，包括网络断流和丢包情况，具体如下所述。

LSW1和LSW2配置VRRP组，其中LSW1为master，LSW2为backup。

LSW1交换机track跟踪上行端口。

LSW1和LSW2下行通过LSW5连接的链路配置BFD。

LSW1和AR1之间配置NQA。

PC1用ICMP协议ping AR1的LOOPBACK0地址监测链路。

图1 性能测试拓扑图

（1）下行链路故障

拔掉LSW1与LSW5之间的网线，造成下行链路故障，从PC1上未发现网络丢包，在LSW2上display vrrp brief发现其已经变成master状态。

（2）上行链路故障

拔掉LSW1与LSW3之间的网线，造成上行链路故障，从PC1上未发现网络丢包，在LSW2上display vrrp brief发现其已经变成master状态。

（3）上行多跳链路故障

拔掉LSW3与AR1之间的网线，造成上行多跳链路故障，从PC1上未发现网络丢包，在LSW2上display vrrp brief发现其已经变成master状态。

4 结束语

通过对冗余链路可靠性技术的研究，提出一种优化的解决方案，经过测试，可以使VRRP的切换速度达到秒级以内，大大提高了网络的可靠性。

[1]郭能华.基于MSTP+VRRP双核心技术的企业网络冗余设计与实现[J].中国管理信息化，2016.

[2]孙光懿.基于VRRP和MSTP协议实现校园网高可靠性[J].中央民族大学学报（自然科学版），2018.

[3]王轶群.VRRP路由协议介绍及配置[J].赤峰学院学报(自然科学版)，2013.

[4]张文川.使用VRRP技术提高网络的可靠性[J].软件工程，2017.

[5]蒲宝卿.一种提高校园网可靠性的VRRP协议解决方案[J].甘肃高师学报，2011.

[6]曾志峰.VRRP协议与网络安全的高可靠性[J].计算机安全，2003.

[7]王英杰.基于BFD和VRRP的出口链路冗余设计与实现[J].软件导刊，2015.

[8]暨仲明.VRRP与监测功能联动的设计与实现[J].电子器件，2009.