CN101127770B

CN101127770B - 在地址解析协议代理上实现备份的方法

Info

Publication number: CN101127770B
Application number: CN2007101498122A
Authority: CN
Inventors: 兰保青
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2004-07-31
Filing date: 2004-07-31
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2024-07-31
Also published as: CN101127770A

Abstract

本发明涉及ARP Proxy技术，公开了一种在地址解析协议代理上实现备份的方法，使得路由器上同时应用VRRP和ARP Proxy时，系统资源得以充分利用，报文传输的可靠性得以保障。这种在地址解析协议代理上实现备份的方法根据VRRP备份组中各个路由器的转发能力和网络带宽，以不同的MAC地址响应ARP请求；并且在路由器中增加ARP Proxy和VRRP的关联判断功能、虚拟MAC功能和判断ARP响应的功能，使ARP Proxy和VRRP有机结合。

Description

在地址解析协议代理上实现备份的方法

技术领域

本发明涉及ARP Proxy技术，特别涉及同时使用ARP Proxy和VRRP的技术。

背景技术

在现今广泛应用的以太网(Ethernet)中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的第二层物理地址即媒体访问控制(MediumAccess Control，简称“MAC”)地址，例如，在局域网(Local Area Network，简称“LAN”)中，网络以帧的形式传输数据，在网络中传输的每个帧里面都包含目标主机的MAC地址。主机在发送帧之前，需要将目标主机的第三层地址即网间互联协议(Internet Protocol，简称“IP”)地址转换为目标主机的MAC地址，这个转换通过地址解析协议(Address Resolution Protocol，简称“ARP”)完成。ARP协议的基本功能就是通过目标IP地址，查询目标MAC地址，以保证通信的顺利进行。其中，IP地址与MAC地址一一对应的存储在主机的ARP缓存表中，当需要更新ARP缓存表时，主机会发送ARP请求，该ARP请求会以广播报文的形式在网内传播。在得到了ARP响应后，主机会将ARP信息存入ARP缓存表。ARP缓存表采用了老化机制，在一段时间内如果表中的某一行没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARP缓存表的长度，加快查询速度。

普通的ARP协议中，每台主机只会回答有关本身的IP地址查询，由于ARP请求是广播报文，为了防止广播风暴，控制网络流量，ARP代理(Proxy)技术应运而生。ARP Proxy不但可以回答有关本身的IP地址查询，而且也回答对其它主机IP地址的查询。

ARP Proxy的一个应用的系统组成如图1所示。图1中，主机(HOST)A和主机B分别属于不同物理网络，IP地址属于同一IP网络(172.16.0.0)的不同子网，没有配置掩码和网关。下面说明ARP Proxy工作的原理。

首先，当主机A(IP地址：172.16.2.2；MAC地址：2222.2222.2222)需要向主机B(IP地址：172.16.4.4；MAC地址：4444.4444.4444)发送数据时，如果主机A上没有主机B的ARP信息，则主机A向主机B发ARP请求；接着，与主机A网络相连的接口已经使能ARP Proxy功能的路由器A收到ARP请求，如果路由器A存在到主机B的正常路由，则代替主机B回应路由器A的接口的真实MAC地址(3333.3333.3333)；随后，主机A向主机B发送的IP报文(目地IP地址为172.16.4.4)都发给了路由器A，由路由器A对IP报文做正常的IP路由转发，发往主机B的IP报文通过因特网(Internet)，最终到达主机B。熟悉本领域的技术人员可以理解，当主机B向主机A发送数据时ARP Proxy的处理与上述处理过程类似。

需要说明的是，在ARP Proxy的相关处理中，所有ARP处理在路由器网关(ARP subnet gateways)进行，所连网络中的主机不必做任何改动，完全按照标准ARP协议进行工作，是一个标准IP网络。

ARP Proxy也可以在多个LAN的环境下进行，如图2所示。

在图2所示的多个LAN的环境下运行ARP Proxy的系统中，外部网络与以太网交换机相连，以太网交换机通过不同的端口与不同的集线器(HUB)相连，每个HUB汇集数量不等的个人电脑(Personal Computer，简称“PC”)。机构1和机构2同处一个虚拟局域网(Virtual Local Area Network，简称“VLAN”)和同一个IP子网，通过同一台以太网交换机与外部网络相连。出于安全方面的考虑，机构1中的任何PC不能与机构2中的任何PC二层互通，但是要求三层可以互通。二层隔离的问题采用以太网交换机端口间的同一VLAN内的二层隔离功能解决；三层互通采用ARP Proxy来解决。

一般用户的主机通过一个交换机实现对外部网络的访问，如图3所示。所有主机都设置一条缺省路由，如图3中的缺省路由下一跳地址为10.100.10.1，主机发往外部网络的报文将通过缺省路由发往三层交换机，从而实现了主机与外部网络的通信。当交换机发生故障时，本网段内所有以该交换机为缺省路由下一跳的主机将断掉与外部网络的通信。

随着网络的发展，用户对网络可靠性的需求越来越高。众所周知，动态路由协议如路由信息协议(Routing Information Protocol，简称“RIP”)、开放最短路径优先协议(Open Shortest Path First，简称“OSPF”)可以做多个网络路径的冗余备份，当一个主要路径断开后，用户可以使用其它备份路径访问外部网络。但是，对于绝大多数终端用户的主机运行一个动态路由协议是办不到的，这受到管理开销、处理开销、网络安全和协议实现等等的限制。虚拟路由冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol，简称“VRRP”)就是为解决上述问题而提出的，它为具有组播或广播能力的局域网设计。VRRP将局域网的一组路由器，包括一个主控(Master)路由器即活动路由器和若干个备份(Backup)路由器，组织成一个虚拟路由器，这组路由器被称为一个备份组。其中，虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。在VRRP中，使用一个虚拟的MAC地址和一个虚拟的IP地址作为网关。

VRRP的一个应用的系统组成如图4所示。在图4中，虚拟路由器拥有自己的IP地址10.100.10.1，其中，这个IP地址通常被称为备份组的虚拟IP地址，可以和备份组内的某个交换机的接口地址相同。备份组内的路由器也有自己的IP地址，例如图4中主控路由器的IP地址为10.100.10.2，备份路由器的IP地址为10.100.10.3。但是，在局域网内的主机仅仅知道这个虚拟路由器的IP地址10.100.10.1，而不知道具体的主控路由器的IP地址10.100.10.2以及备份路由器的IP地址10.100.10.3。局域网内的主机将自己的缺省路由下一跳设置为该虚拟路由器的IP地址10.100.10.1。于是，网络内的主机就通过这个虚拟路由器与其它网络进行通信。当备份组内的主控路由器不能正常工作时，备份组内的其它备份路由器在几秒钟的时延后将接替不能正常工作的主控路由器成为新的主控路由器，继续向网络内的主机提供路由服务，从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信，由于此切换不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明的。

在现有的网络应用中，为了网络的可靠性，一般都会在网络中使用VRRP协议进行冗余备份；为了实现用户间的二层隔离，一般都会使用VLAN间隔离和VLAN内端口隔离这两种技术，当使用二层隔离的时候，就需要在VLAN内运行ARP Proxy。当在VRRP和VLAN内端口隔离同时使用的情况下，网络内就会出现VRRP和ARP Proxy同时工作的情况。

现有的技术方案中，一个VRRP和ARP Proxy同时工作的系统组成的示意图如图5所示。

如图5所示，路由器R-A的真实IP地址为IP A，真实MAC地址为MACA；路由器R-B的真实IP地址为IP B，真实MAC地址为MAC B；主机PC-C的IP地址为IP C，MAC地址为MAC C；主机PC-D的IP地址为IP D，MAC地址为MAC D。

其中，路由器R-A、路由器R-B同时启动ARP Proxy和VRRP。在VRRP中，路由器R-A为主控路由器，路由器R-B为备份路由器，它们共同组成VRRP的一个备份组，构成一个虚拟路由器，使用一个虚拟的MAC地址MACE和一个虚拟的IP地址IP E作为主机PC-C、主机PC-D的网关。需要说明的是，以太网交换机上启动了VLAN内端口隔离，把以太网交换机的3\4端口二层隔离。

在实际应用中，上述方案存在以下问题：首先，现有的技术方案的系统资源没有被充分利用，备份路由器的转发能力和网络带宽被浪费了。

其次，现有的同时应用ARP Proxy和VRRP的技术方案可能导致报文长时间丢失。

造成这种情况的主要原因在于，首先，由于现有的VRRP技术的一个备份组中，不论有多少路由器，但同一时刻只能有一个主控路由器负责转发报文，备份路由器不转发报文，导致备份路由器的转发能力和网络带宽也不能利用，因此造成备份路由器的转发能力和网络带宽被浪费了。

其次，由于同时启动了ARP Proxy和VRRP，并且ARP Proxy和VRRP相互独立的运作，它们之间会互相产生干扰，造成多种异常情况下的报文长时间丢失，这些情况包含以下几种：

情况1.由于同时启动了ARP Proxy和VRRP，VRRP中的备份路由器也会对主机的找虚拟路由器的虚拟IP地址的ARP请求做出回答，回答的是备份路由器的真实MAC地址。在这种情况下，主机中ARP缓存表中虚拟路由器的虚拟IP地址就对应备份路由器的真实MAC地址，备份路由器就会收到主机的报文，主控路由器反而收不到报文。如果备份路由器出现死机，主机向备份路由器发送的报文会丢失，直到主机的ARP缓存表老化，重新发ARP请求为止。

情况2.由于在以太网交换机上启动VLAN内端口隔离，如果源主机C查找目的主机D，在主控路由器工作正常时，ARP请求就会得到一个目的主机IP地址对应主控路由器真实MAC地址的ARP应答。在这种情况下，如果主控路由器死机，源主机的ARP缓冲表中仍然是目的主机IP地址对应主控路由器真实MAC地址，这样源主机发送给目的主机的报文由于得不到转发将全部丢失，直到源主机的ARP缓存表老化，重新发ARP请求为止。

情况3.当备份组中的一个路由器(假定该路由器为路由器A)向目的主机发送ARP请求时，由于ARP请求是广播报文，因此备份组中的其它启动了ARP Proxy的路由器也会对ARP请求做出响应，这样就可能导致路由器A的ARP缓存表中出现目的主机IP对应备份组中其它路由器(假定该路由器为路由器B)的MAC地址的情况。在这种情况下，如果路由器B死机，则路由器A发送给目标主机的报文就会全部丢失，直到源主机的ARP缓存表老化，重新发ARP请求为止。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在地址解析协议代理上实现备份的方法，使得路由器上同时应用VRRP和ARP Proxy时，系统资源得以充分利用，报文传输的可靠性得以保障。

为实现上述目的，本发明的实施例还提供了一种在地址解析协议代理上实现备份的方法，作为所述地址解析协议代理的路由器上还运行虚拟路由冗余协议，如果所述路由器处于虚拟路由冗余协议主控状态时，则所述地址解析协议代理工作，否则所述地址解析协议代理不工作。

本发明的实施例还提供了一种在地址解析协议代理上实现备份的方法，作为所述地址解析协议代理的路由器上还运行虚拟路由冗余协议，多个所述地址解析协议代理设定相同的虚拟媒体访问控制地址，所述地址解析协议代理转发发往自己虚拟媒体访问控制地址的报文。

其中，所述虚拟媒体访问控制地址和虚拟路由冗余协议的虚拟媒体访问控制地址相同。

本发明的实施例还提供了一种在地址解析协议代理上实现备份的方法，作为所述地址解析协议代理的路由器上还运行虚拟路由冗余协议，所述地址解析协议代理判断收到的地址解析协议响应是否和虚拟路由冗余协议备份组内的其它解析协议代理的真实媒体访问控制地址相同，如果是则丢弃所述地址解新协议响应。

通过比较可以发现，本发明实施例的技术方案与现有技术的区别在于，本发明实施例的技术方案根据VRRP备份组中各个路由器的转发能力和网络带宽，以不同的MAC地址响应ARP请求；并且本发明方案在路由器中增加ARP Proxy和VRRP的关联判断功能、虚拟MAC功能和判断ARP响应的功能，使ARP Proxy和VRRP有机结合。

由于本发明实施例的方案在路由器中增加ARP Proxy和VRRP的关联判断功能、虚拟MAC功能和判断ARP响应的功能，从而使ARP Proxy和VRRP有机的结合在一起，避免了ARP Proxy和VRRP同时工作时的互相干扰，保证了报文在应用了ARP Proxy的VRRP备份组中能得到正确的转发，避免了现有技术中可能导致报文长时间丢失的三种情况的发生，大大提高了网络中报文转发的可靠性。

附图说明

图1为ARP Proxy的一个应用的系统组成示意图；

图2为多个LAN的环境下运行ARP Proxy的系统组成示意图；

图3为主机通过一个交换机实现对外部网络的访问的系统组成示意图；

图4为VRRP的一个应用的系统组成示意图；

图5为现有技术中一个VRRP和ARP Proxy同时工作的系统组成示意图；

图6为根据本发明的一个较佳实施例的在ARP Proxy上实现负载均摊的方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

首先说明一下本发明的基本原理。

为了解决现有技术中备份路由器的转发能力和网络带宽被浪费的问题，本发明实施例的方案增加路由器的一些功能，使VRRP的备份组中的路由器能根据其转发能力和网络带宽响应ARP请求，能够依据其转发能力和网络带宽进行转发，从而能够充分利用网络中的设备和带宽，在ARP Proxy上实现负载均摊。

为了解决现有技术中可能出现的报文长时间丢失的问题，本发明实施例的方案在路由器中增加ARP Proxy和VRRP的关联判断功能、虚拟MAC功能和判断ARP响应的功能，避免ARP Proxy和VRRP的相互干扰，使ARPProxy和VRRP有机结合，在ARP Proxy上实现备份，避免报文长时间丢失。

下面结合本发明的具体实施例来说明本发明方案。

如图6所示，根据本发明的一个较佳实施例的在ARP Proxy上实现负载均摊的方法包含以下步骤。

首先进入步骤110，设定ARP Proxy组。其中，一个ARP Proxy组可以包含多个运行ARP Proxy的路由器，这些路由器都属于一个VRRP备份组。

接着进入步骤120，组内路由器通过互相通讯协商选举出主Proxy、副Proxy和备用Proxy。在本发明的一个较佳实施例中，组里的多台路由器可以设置自己的优先级，在该步骤中，根据路由器的优先级高低选举出主、副和备用Proxy。其中，组内路由器之间通过专门协议报文进行相互通讯。需要说明的是，主Proxy只有一个，副Proxy和备用Proxy可以有多个。

接着进入步骤130，主Proxy为主Proxy和每个副Proxy分配一个唯一的虚拟MAC地址。在本发明的一个较佳实施例中，组内可分配的虚拟MAC地址有多个，可以由管理人员配置。

接着进入步骤140，主Proxy响应主机的ARP请求，根据主、副Proxy的转发能力来响应不同的代理组内虚拟MAC地址给主机。其中，Proxy的转发能力可以由管理人员设定，主Proxy在响应ARP请求时，根据主、副Proxy的转发能力响应转发能力尚有富余的Proxy的虚拟MAC地址给主机。熟悉本领域的技术人员可以理解，通过响应不同的虚拟MAC地址，主机就会将报文发往多个虚拟MAC地址，这样就实现了对组内路由器的负载均摊。

接着进入步骤150，主Proxy、副Proxy转发发送到自己虚拟MAC地址的报文。其中，报文的转发和现有技术完全相同，都是在三层进行，在此不详细说明。

接着进入步骤160，判断是否主Proxy死机或有新的路由器加入，如果是则进入步骤120，否则结束。其中，该步骤是为了保证组内优先级最高的路由器始终作为主Proxy管理组内路由器。

至此，完成在ARP Proxy上实现负载均摊的所有流程。

需要说明的是，为了避免特别重要报文的丢失，在本发明的一个较佳实施例中，主Proxy、副Proxy在特殊情况下，例如当组内多台路由器出现故障，只剩下一台代理设备时，这台设备将在一个时间段内(比如20分钟，是主机PC的MAC地址老化时间)，转发组内所有虚拟MAC的报文。这段时间过后(主机PC重新学到新MAC地址)，这台代理就只转发发给自己MAC的报文。又如，在主代理死机，副代理还没有正式升级到主代理的情况下，副代理对所有的虚拟MAC报文进行转发。

根据本发明的一个较佳实施例的在ARP Proxy上实现负载均摊时可以按照以下命令进行设备配置：

Interface vlan 100

Ip address 10.1.1.2 255.255.255.0

APRG gid 10 priority 100 ablity 10

APRG vmac 0100-0011-1101 0100-0011-1102

上述配置命令表示，在VLAN100的三层接口上配置ARP Proxy组10，优先级是100，转发能力是10，虚拟MAC地址有两个：0100-0011-1102和0100-0011-1102。

根据本发明的一个较佳实施例的在ARP Proxy上实现备份的方法包含以下步骤。

首先，同时运行ARP Proxy和VRRP的路由器进行ARP Proxy和VRRP的关联判断，当VRRP处于Master状态时，ARP Proxy也处于使能状态；当VRRP处于Backup时，ARP Proxy处于不工作状态。熟悉本领域的技术人员可以理解，这样就可以避免上文所述情况1中报文长时间丢失的问题，在应用ARP Proxy的同时，实现了VRRP的冗余路由备份。

其次，对多个ARP Proxy设定相同的虚拟MAC地址，ARP Proxy对发往自己虚拟MAC地址的报文进行转发。需要说明的是，这需要在ARP Proxy上增加虚拟MAC地址功能，虚拟MAC地址可以和VRRP的虚拟MAC地址相同，也可以不同。熟悉本领域的技术人员可以理解，多个ARP Proxy使用同一个虚拟MAC地址，就可以避免上文所述情况2中报文长时间丢失的问题，在应用ARP Proxy的同时，实现了VRRP的冗余路由备份。

第三，ARP Proxy对得到的ARP响应进行判断，如果和VRRP备份组内其它ARP Proxy的MAC地址相同则进行丢弃。熟悉本领域的技术人员可以理解，通过增加本步骤的判断，就可以避免上文所述情况3中报文长时间丢失的问题，在应用ARP Proxy的同时，实现了VRRP的冗余路由备份。

通过实施上述步骤，就在ARP Proxy上实现了备份，避免了可能导致报文的长时间丢失的三种情况的出现。

其中，根据本发明的一个较佳实施例的在ARP Proxy上实现备份时可以按照以下命令进行设备配置：

Interface vlan 100

Ip address 10.1.1.2 255.255.255.0

Vrrp vrid 10 virtual-ip 10.1.1.1

Arp proxy enable

Arp proxy track vrrp vrid 10

上述配置命令表示，在VLAN10的三层接口上配置VRRP的组10，虚IP是10.1.1.1，启动ARP Proxy的功能，同时让ARP Proxy关联VRRP组10的状态。如果路由器处于VRRP组10的Master的状态，ARP Proxy就启动工作，同时使用VRRP的虚MAC地址作为ARP Proxy的虚拟MAC地址；否则，ARP Proxy就停止工作。

熟悉本领域的技术人员可以理解，上述所有方法，都可以很容易的通过在路由器中依照文中所述的要求添加相应的程序实现。

虽然通过参照本发明的某些优选实施例，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种在地址解析协议代理上实现备份的方法，作为所述地址解析协议代理的路由器上还运行虚拟路由冗余协议，其特征在于，如果所述路由器处于虚拟路由冗余协议主控状态时，则所述地址解析协议代理工作，否则所述地址解析协议代理不工作。

2.根据权利要求1所述的在地址解析协议代理上实现备份的方法，其特征在于，还包括，多个所述地址解析协议代理设定相同的虚拟媒体访问控制地址，所述地址解析协议代理转发发往自己虚拟媒体访问控制地址的报文。

3.根据权利要求2所述的在地址解析协议代理上实现备份的方法，其特征在于，所述虚拟媒体访问控制地址和虚拟路由冗余协议的虚拟媒体访问控制地址相同。

4.根据权利要求1所述的在地址解析协议代理上实现备份的方法，其特征在于，还包括，所述地址解析协议代理判断收到的地址解析协议响应是否和虚拟路由冗余协议备份组内的其它解析协议代理的真实媒体访问控制地址相同，如果是则丢弃所述地址解析协议响应。