CN100492984C - 一种通过地址解析协议报文实现数据转发备份的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在不支持虚拟MAC的路由设备上通过ARP报文实现数据转发备份的方法，用于由两台或两台以上的路由设备组成的共用一个虚拟IP的备份组，包括以下步骤：主用状态路由设备发送源IP为虚拟IP、源MAC为该设备真实MAC的ARP报文；主机接收该ARP报文，更新ARP缓存，并根据该ARP报文中的虚拟IP和真实MAC发送业务数据报文；当备份组内的主用状态路由设备倒换为备用状态，同时其他两台及两台以上的不同等级的备份状态路由设备转为主用状态时，主用状态的路由设备判断自身优先级是否高于收到的路由备份协议所携带的路由设备优先级，若是，则再次广播所述ARP报文；否则，转为备用状态。应用本发明，使不支持虚拟MAC地址的路由设备实现业务数据报文的正常转发。
Description
技术领域
本发明涉及数据传输技术领域，特别是指一种在不支持虚拟MAC的路由设备上通过地址解析协议报文ARP实现数据转发备份的方法。
背景技术
路由设备是数据传输网络的核心，目前，备份组一般由多个路由设备组成，包括一个主用路由设备和一个或一个以上的备用路由设备。正常情况下，备份组内只有一个路由设备处于活动状态，作为主用路由设备(Master)，转发主机发出的业务数据报文，其他路由设备处于备用状态，作为备用路由设备(Backup)，忽略主机发出的业务数据报文。当Master发生故障时，备份组内的一台备用路由设备切换为活动状态取代原Master，继续转发主机发出的业务数据报文。
目前，常采用虚拟路由器冗余协议(VRRP，Virtual Router RedundancyProtocol)或热备份路由协议(HSRP，Hot Standby Routing Protocol)作为路由备份协议来实现路由备份组。VRRP/HSRP协议要求备份组内的路由设备共同使用同一个虚拟IP和虚拟MAC，并向与该备份组相连的主机提供该虚拟IP和虚拟MAC，因此，备份组也称为虚拟路由器。
图1为采用VRRP/HSRP协议实现备份组的示意图。真实IP地址为10.100.10.2的路由器A和10.100.10.3的路由器B组成一个备份组，使用共同的虚拟IP地址10.100.10.1，主机通过这个虚拟路由器与外界通讯。本例中，A为Master，B为Backup，主机默认路由为虚拟IP地址10.100.10.1，主机初次收发业务数据报文的步骤如下：
步骤1：主机向10.100.10.1发出地址解析协议(ARP，Address ResolutionProtocol)请求报文，通过ARP请求报文请求虚拟IP对应的MAC地址；
步骤2：备份组收到这个广播请求后，根据VRRP/HSRP协议要求，仅处于Master状态的A回ARP应答报文，并且用该备份组的虚拟MAC地址进行应答，处于Backup状态的路由设备B忽略该ARP请求报文；
步骤3：主机收到ARP应答报文后，更新主机的ARP缓存。然后，主机根据ARP缓存中的虚拟MAC、虚拟IP向该备份组发送业务数据报文。根据VRRP/HSRP协议的规定，由Master状态的A接收转发IP或MAC为虚拟的业务数据报文，处于Backup状态的路由设备B则忽略这些业务数据报文。
当Master状态的A设备故障时，根据VRRP/HSRP协议，B发现与A之间的握手信息超时，由VRRP/HSRP协议规定，原Backup状态的路由设备B转为活动状态，作为Master接收转发业务数据报文，A则转为Backup状态。主机再次发送业务数据报文时，依旧根据ARP缓存中所记录的虚拟MAC、虚拟IP向该备份组发送业务数据报文，业务数据报文由当前Master状态的B进行接收转发。
以上步骤可以看出，对于主机来说，不论路由备份组内部哪个路由设备处于Master状态，主机所记录的虚拟IP和对应的虚拟MAC始终没有变化并且始终有效，换句话说，虚拟MAC的引入，使备份组内部路由设备的切换对主机变得透明，较好的实现了路由设备切换前后业务数据报文的不间断转发。
但是，虚拟MAC的引入要求路由设备在原有真实MAC地址正常工作之外，还要支持虚拟MAC的存在，即要求路由设备的一个接口支持至少2个MAC地址同时存在。对于路由器来说，路由转发是由上层软件控制完成的，因此可以方便的在一个接口设置虚拟MAC。但是，三层以太网交换机的路由转发主要由硬件——转发芯片来完成。转发芯片是根据交换机设备接口的MAC地址来接收转发报文，对于大多数转发芯片并不支持多个MAC地址，如Intel的IXE2412BEA，Switchcore的CXE-16等芯片，这类芯片所在接口只能存在一个真实MAC地址。这种情况下，若采用三层交换机作为路由设备组成备份组，由于使用的是真实MAC，因此在备份组内主备路由设备倒换后的一段时间内，主机上的ARP缓存记录的仍为倒换前主路由设备的真实MAC，因此主机发出的业务数据报文仍会由该MAC发送到已经倒换为备用的路由设备上，而导致业务数据报文无法被正常转发。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种在不支持虚拟MAC的路由设备上通过地址解析协议报文ARP实现数据转发备份的方法，使不支持虚拟MAC地址的路由设备也可以使用虚拟IP备份技术，实现业务数据报文的正常转发。
实现本发明，需要以下步骤：
主用状态路由设备发送源IP为该主用状态路由设备使用的所述虚拟IP、源MAC地址为该主用状态路由设备真实MAC地址的ARP报文；
在主用状态路由设备倒换为备用状态时，备份状态路由设备倒换为主用状态，发送源IP为该路由设备使用的所述虚拟IP、源MAC地址为该路由设备的真实MAC地址的ARP报文；
如果备份组内包括两台及两台以上的不同等级的备份状态路由设备转为主用状态，则转为主用状态的路由设备收到其他处于主用状态的路由设备发出的路由备份协议报文，判断自身的优先级是否高于接收到的路由备份协议所携带的路由设备的优先级，若是，则再次广播所述的ARP报文；否则，转为备用状态；
与备份组相连的主机接收该备份组主用状态路由设备发送的ARP报文，更新ARP缓存，并根据该ARP报文中的虚拟IP和真实MAC发送业务数据报文。
其中，该方法进一步包括，所述的备份组内的路由设备根据路由备份协议进行主备状态的倒换。其中，包括虚拟路由器冗余协议VRRP和热备份路由协议HSRP。
其中，该方法进一步包括，主机预先发送ARP请求报文，主用状态路由设备发送的ARP报文是回应主机的ARP应答报文。其中，该方法进一步包括，所述ARP报文是路由设备主动广播的免费ARP报文。
由上述方法可以看出，使用本发明，可以在不支持单接口配置多MAC地址的路由设备中，利用接口的真实MAC地址来实现VRRP/HSRP协议的备份方案，使主机发出的业务数据报文能够被备份组正常的不间断转发。
附图说明
图1为现有技术下采用VRRP/HSRP协议实现备份组的示意图。
图2为本发明主机在初始状态下实现业务数据报文的转发流程图。
图3为本发明备份路由设备切换时实现业务数据报文的转发流程图。
具体实施方式
本发明利用路由设备接口的真实MAC地址来实现VRRP/HSRP协议的备份组，以实现主机业务数据的正常转发。免费ARP是由某个节点发送的为了引起其它节点自发的更新其ARP缓存的ARP报文。本发明在路由设备根据VRRP/HSRP协议切换时，切换为Master的路由设备主动广播一个免费ARP报文，去更新主机的ARP缓存，将主机ARP缓存的虚拟IP对应的MAC地址更新为当前Master路由设备的真实MAC地址。使主机的后续业务数据报文可以立刻根据真实的MAC发送到Master上，从而将业务数据报文不间断发送出去。
以下通过具体的实施例进一步详细说明。
首先以主机设备处于初始状态时，使用热备份组实现业务数据报文的转发为例，并参照附图2进行说明。设当前路由设备A处于Master状态，路由设备B处于Backup状态。主机默认路由为虚拟IP，主机和外部网络收发业务数据报文时，包括以下步骤：
步骤201：主机发出普通ARP请求报文，通过ARP请求报文请求虚拟IP对应的MAC地址；
步骤202：备份组内路由设备收到该报文之后，处于Master状态的A回应ARP应答报文，使用路由设备A的真实MAC地址进行应答；
步骤203：主机收到路由设备A的ARP应答报文后，根据该ARP应答报文更新主机的ARP缓存，在ARP缓存中插入表项，其中该表项中，IP地址为虚拟IP，该虚拟IP对应的MAC地址为ARP应答报文中携带的路由设备A的真实MAC。主机后续的业务数据报文根据其ARP缓存的虚拟IP、真实MAC发送给路由设备A，A接收业务数据报文并进行转发。
图3为热备份组内部路由设备主备倒换时，主机的业务数据报文的转发流程图，仍以例1为例进行说明，包括以下步骤：
步骤301：当热备份组内的Master状态的路由设备A故障时，根据VRRP/HSRP路由备份协议，原Backup状态的路由设备B转为Master状态；
步骤302：转为Master状态的路由设备B广播一个免费ARP报文，其中，该免费ARP报文中，源IP地址为虚拟IP地址，源MAC地址为该路由设备B的真实MAC地址。转为Master状态的路由设备B通过该免费ARP报文去主动更新主机的ARP缓存；
步骤303：处于Master状态的路由设备B判断是否接收到其他路由设备发送过来的VRRP/HSRP路由备份协议，若没有，则表示当前仅有该路由设备处于Master状态，完成主备倒换，执行步骤305；否则，表示当前有两台或两台以上的路由设备同时转为Master状态，则执行步骤304，根据路由设备之间的VRRP/HSRP路由备份协议进行Master的竞争；
步骤304：路由设备将接收的VRRP/HSRP路由备份协议中的优先级与自身设备优先级进行比较，若优先级高于自己，则转为Backup状态，该路由设备退出Master的竞争；否则返回步骤302，再次发送ARP报文，去更新主机ARP缓存；
步骤305：主机根据ARP缓存中的虚拟IP和更新后的对应的真实MAC地址将业务数据报文发送到当前的Master路由设备上，由当前的Master路由设备转发业务数据报文。
以下举具体实施例，对图3所述的步骤进一步说明，设存在一个根据VRRP协议组成的备份组，备份组由路由设备A、B、C组成，其中，A处于Master状态，B、C处于Backup状态，B的优先级高于C的优先级。此时A发生故障，应用图3所述的步骤，进一步对实现主机业务数据报文的转发方法详细说明：
步骤401：根据VRRP协议，当Master状态路由设备A故障时，处于Backup的设备B、C均转为Master状态；
步骤402：转为Master状态的各台路由设备都会广播一个免费ARP报文，其中，该免费ARP报文中，源IP地址为虚拟IP地址，源MAC地址为各自路由设备的真实MAC地址；
步骤403到步骤404：同时转为Master状态的路由设备B、C之间根据互发的VRRP协议的优先级进行Master的竞争。当处于Master的路由设备B收到同样处于Master的路由设备C发出的VRRP协议报文时，路由设备B将该VRRP所携带的C的优先级与自身相比，若自身优先级高于该VRRP协议报文中携带的C的优先级，则路由设备B再次发送一个免费ARP报文；否则，则将自己转为Backup状态，不再发送免费ARP报文。同理，C接收到B广播的VRRP协议报文，也执行同样的操作。这样，在根据VRRP协议竞争的过程中，等级高的路由设备B总可以晚于路由设备C再次发送一个免费ARP报文，保证了主机最后接收到的是优先级高的路由设备B发送的免费ARP报文，来更新主机的ARP缓存。
步骤405：倒换结束后，主机ARP缓存存储的虚拟IP对应的MAC为优先级最高的路由设备B的真实MAC，因此主机会将业务数据报文发向B；而路由备份组内，经过优先级的竞争，B最终竞争为Master状态，因此可以将主机发送过来的业务数据报文进行正常转发。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1、一种在不支持虚拟MAC的路由设备上通过地址解析协议报文ARP实现数据转发备份的方法，适用于由两台或两台以上的路由设备组成的备份组，每个路由设备均使用同一个虚拟IP，其特征在于，该方法包括：
主用状态路由设备发送源IP为该主用状态路由设备使用的所述虚拟IP、源MAC地址为该主用状态路由设备真实MAC地址的ARP报文；
在主用状态路由设备倒换为备用状态时，备份状态路由设备倒换为主用状态，发送源IP为该路由设备使用的所述虚拟IP、源MAC地址为该路由设备的真实MAC地址的ARP报文；
如果备份组内包括两台及两台以上的不同等级的备份状态路由设备转为主用状态，则转为主用状态的路由设备收到其他处于主用状态的路由设备发出的路由备份协议报文，判断自身的优先级是否高于接收到的路由备份协议所携带的路由设备的优先级，若是，则再次广播所述的ARP报文；否则，转为备用状态；
与备份组相连的主机接收该备份组主用状态路由设备发送的ARP报文，更新ARP缓存，并根据该ARP报文中的虚拟IP和真实MAC发送业务数据报文。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的备份组内的路由设备根据路由备份协议进行主备状态的倒换。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的路由备份协议进一步包括虚拟路由器冗余协议VRRP和热备份路由协议HSRP。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，主机预先发送ARP请求报文，主用状态路由设备发送源IP为虚拟IP、MAC地址为该主用状态路由设备真实MAC地址的ARP报文是回应主机的ARP应答报文。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述ARP报文是路由设备主动广播的免费ARP报文。
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