采用VRRP 协议实现网络路由冗余与负载均衡

高 彦，陈晓燕，李 伟

（78156 部队，兰州 730020）

1 VRRP 协议工作原理

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol），全称虚拟路由冗余协议，是一种容错协议。该协议通过把承担网关功能的一组路由设备加入到VRRP 备份组中，形成一台虚拟路由器，该虚拟路由器在本地局域网拥有唯一的一个虚拟ID 和虚拟IP 地址。实际上，该虚拟路由器由一个Master 设备和若干Backup 设备组成。其工作过程如下：

（1）VRRP 备份组中的路由设备根据优先级选举出Master 设备。Master 通过发送免费ARP 报文，将自己的虚拟MAC 地址通告给与它连接的设备或主机，从而承担报文转发任务。

（2）Master 设备周期性发送VRRP 报文。

（3）如果Master 设备故障或链路阻断，VRRP 备份组中的Backup 设备将根据优先级重新选举新的Master 设备。

（4）虚拟路由器状态切换时，可将Master 转换为另外的设备，全新设备可简单的发送虚拟路由器MAC 地址、虚拟IP 地址，生成免费ARP 报文，通过及时更新与有效连接，可展现主机内ARP 相关信息。网络中的主机感觉不到Master 设备已经切换为另外一台路由设备。

2 基于VRRP 协议实现路由冗余与负载均衡

（1）实现路由冗余。为了确保业务网络的连续性，需在主备核心交换机上启用VRRP 协议，将主备核心交换机加入VRRP 备份组，各个备份组内均有独自的虚拟路由器，可为系统提供虚拟缺省网关地址。一旦内部主机访问外部网络，默认设置的虚拟路由器，会响应数据转发，相应ARP 请求，实际由VRRP 组中的Master 设备（把主核心交换机设置成Master）进行，一旦Master出现故障或链路阻断，VRRP 备份组中的Backup 设备（备用核心交换机）就会升级为Master，主动承担数据转发，ARP 响应请求。就内部主机，由于缺乏虚拟路由设备IP 地址，一旦核心交换机出现故障，虚拟路由器也可与主机形成有效连接，持续提供网络，以此保障系统运行。

（2）实现负载均衡。在VRRP 协议中，同一个VLAN 可以加入多个VRRP 备份组，不同的VLAN 也可以是多个VRRP 备份组的成员。在业务网络中，由于多套相对独立业务的信息系统并行运行，需要为其划分独立的VLAN，如果VLAN 接口地址配置在一台核心交换机上，就会造成设备数据转发承载压力过大。因此，可以通过配置VRRP 协议，为多个VLAN 创建多个VRRP备份组，为每一个VLAN 配置虚拟IP 地址。同时把Master 设备分散在不同的路由设备上，业务内不同VLAN 内的主机可以使用不同的虚拟路由器作为网关出口，这样就达到了主备核心交换机相互备份而又共同分担数据流的目的。

3 VRRP 协议具体应用案例

基于VRRP 协议规划设计网络，如图1所示，在主备核心交换机创建的VLAN30、VLAN40 上建立VRRP 备份组1、VRRP备份组2，虚拟IP 地址分别为：192.168.1.254、192.168.2.254。VRRP 备份组1中的Master 设备设置为S1，Backup 设备设置为S2，VRRP 备份组2中的Master 设备设置为S2，Backup 设备设置为S1。为了实现与外部网络通信，在配置时需将VLAN30内的主机网关设置为：192.168.1.254，将VLAN40内的主机网关设置为：192.168.2.254。如此一来，网络主机与外部网络通信数据，可借助虚拟路由器实现数据发送与转发，ARP 响应由Master 设备执行，即VLAN30内的数据发往至S1，VLAN40内的数据发往至 S2。如果VRRP 备份组1 Master 设备S1出现故障，Backup设备S2 立即接替成为新的Master。同样，如果VRRP 备份组2 Master 设备S2 出现故障，Backup 设备S1 立即接替成为新的Master。新设备会陆续为主机提供网络路由服务，保障网络供应的持续性，以此促使网内主机与外部网络形成持续性的通信，确保内部网络运行的高可靠性。从中可以看出，主备核心交换机S1、S2担负不同VRRP 备份组的Master、Backup，在实现路由冗余的同时，又共同分担了数据转发压力，进一步实现了负载均衡。

图1 基于VRRP实现路由冗余与负载均衡

配置各接口IP 地址，R1、S1、S2之间启用OSPF 协议，各交换机开启mstp，S1、S2启用VRRP 协议，关键配置如下：

这里需要注意的是，基于VRRP 协议的主备设备切换时间较慢（秒级），会影响业务内实时性要求高的业务。因此，为了提高网络的可用性，需要在主备核心交换机之间配置接口检测功能，启用BFD 检测机制，以加速故障切换的过程，保障实时性业务的持续运行，具体配置如下：

首先，在S1、S2上配置BFD：