双线热备机制的研究

贺蕴普，冯楚君，张红桂，姜勇，臧丹

（1.中国科学院广州化学研究所，广州510650；2.广东省科学院生态环境与土壤研究所，广州510630）

0 引言

随着人们对网络依赖的增强，很多业务不允许有一刻的中断，因此对网络保障的要求也日益提高。对于重要的用户或重要的系统，单一线路无法保证不发生意外，双线路热备已经成为刚需。本文对几种双线路热备的实现机制进行了深入研究。

1 策略路由方式

用户与运营商之间，或用户的总部与分部之间，A和B两端通过路由器双线连接。

策略路由方式利用了系统自动选路功能，以此实现了双线热备的需求。

图1

图1中A端为上层，B端为下层。

图1按上述配置，A、B两端port1的优先级默认为5，port2的优先级为100，由于优先级数值越大优先级越低，因此，在line1和line2两条线路均通畅时，业务优先走line1，当line1中断时，业务会自动转到line2，当line1恢复时，业务又会自动回到line1。过程全部为自动，对用户透明，也无须网管手动操作。但是，当监测到有一条线路中断时，必须马上抢修，否则另一条线路再出问题就没有保障了。

以下是line1发生故障、抢修后恢复的两条线路的MRTG图。

如图2、图3所示，当两条线路均正常时，流量走line1；当line1中断时，流量自动转到line2；当line1恢复后，流量又自动回到line1。

图2 line1

图3 line2

如果流量走line1，当line2中断时，并不影响line1的通信。

如果将port1和port2的优先级设为相同，当line1和line2两条线路均通畅时，两条线路都会有流量产生。任何一条线路中断，系统都会将流量自动切换到另外一条。

2 聚合端口方式

聚合端口方式不涉及路由端口，只需要在两端交换机上设置聚合端口。

图4

聚合端口本意是通过复用来提高单个端口的带宽，例如两个G口聚合之后峰值可以跑到2个G。在本文中用来做双线热备效果也很好。

A端交换机配置

B端配置与A端相同。

聚合端口有多种流量平衡算法供选择：src-ip、src-mac、dst-ip、dst-mac、src-dst-ip、src-dst-mac。

聚合端口方式，主备线都跑业务，根据不同的平衡算法，分配的结果不同。

图4按上述配置，在line1和line2均通畅时，业务按源地址IP流量平衡算法，平衡分配在line1和line2上。当两条线路中任何一条中断时，全部流量集中到没有发生故障的那条线路上，当发生故障的线路被修复后，流量恢复为按源地址IP平衡分配在两条线路上。与前面的相同，过程全部为自动，对用户透明，也无须网管手动操作。网管需要做的事情就是尽快修复故障线路。

以下是line1发生故障、抢修后恢复的两条线路的MRTG图。

如图5、图6所示，当两条线路均正常时，流量按设定方式分配在两条线路上；当line1中断时，流量自动全部转到line2上；当line1恢复后，流量又自动按设定方式分配到两条线路上。

图5 line1

图6 line2

3 STP方式

STP（Spanning Tree Protocol）是生成树协议的英文缩写，主要作用是防止网桥网络中的冗余链路形成环路工作。我们正是利用STP的这个特性，来实现双线路的热备。

图7

利用STP方式实现双线热备较为简单，只要在A、B两端的交换机上打开STP功能即可。

图8

在A、B两端交换机的网页版配置上勾选，或者直接在其命令行输入。

如图7所示，A、B之间双线互联，设备发现line1和line2为冗余链路，便自动将其中一条阻塞，保证网络中无环路产生。当在用的线路故障导致链路中断时，被阻塞的线路又会被释放出来，如此起到保证网络的稳定运行作用。

STP方式在实际实施中，其MRTG图与“策略路由方式”的图2、图3相似，当两条线路均正常时，设备会按其算法自动阻塞其中一条，流量全部走在通畅的一条上；当通畅的这条发生故障时，设备会开启原先被阻塞的一条，流量自动转到新的线路上；当故障的线路被恢复后，设备又会自动将流量切回到原先的线路（算法如此），继续阻塞原先被阻塞的线路。

4 讨论与分析

上述3种双线热备的方式均在实际应用中得到验证，3种方式各有特点以及其适用的环境，在具体应用时应考虑到具体的应用场景和条件及要求。

以下分别对3种双线热备方式进行讨论与分析。

4.1 策略路由方式

该方式适用两端路由器对接，通常用于运营商到用户。其特点有：

（1）每个端口都有对应的IP地址，方便对链路通畅的实施监测；系统监测到某条链路中断会主动向网管的手机发出报警短信。

（2）无论是裸纤或电路都适用本方式。

（3）可以按需求灵活配置两个端口的优先级。

4.2 聚合端口方式

该方式不涉及路由设备，只需两端交换机对接即可。其特点有：

（1）交换机可以设置IP地址，但无法设到每个端口上，所以不易对每条链路进行实时监测。

（2）聚合端口的A、B两端之间不能有其他设备，因此不适用于电路，只适用于裸纤。

（3）聚合端口原本是为了提高出口带宽的，因此聚合端口不再有限速功能。

4.3 STP方式

该方式最为简单，只要在两端的交换机上打开STP功能就可实现。与聚合端口方式相似，该方式也不易对每条链路进行实时监测。另外，由于协议机制本身的局限，线路自动切换的速度较前两种方式要慢。

该方式对两端交换机的性能要求较高，原因是STP协议的执行及其网桥协议单元的处理都由网络设备（主要是交换机）的CPU来进行，如果交换机的CPU本身处理能力不强或被其他问题过度占用，使交换机无法及时发出或接收网桥协议单元，会引起STP无法正常工作的故障。

综上所述，本文述及的3种热备方式，其机制不同，适用环境也不尽相同，用户可针对自身的条件和需求，选择不同的热备方式，最终目标是提高网络的保障性能。