CN101420381B

CN101420381B - 一种提高vrrp负载均衡中转发可靠性的方法和装置

Info

Publication number: CN101420381B
Application number: CN2008102392971A
Authority: CN
Inventors: 郑艳涛; 甘长华; 邱元香
Original assignee: Hangzhou H3C Technologies Co Ltd
Current assignee: New H3C Technologies Co Ltd
Priority date: 2008-12-08
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2028-12-08
Also published as: CN101420381A

Abstract

本发明提供了一种提高虚拟路由器冗余协议(VRRP)负载均衡中转发可靠性的方法和装置，其中，方法包括：在虚拟路由器中利用链路故障监测技术监视路由设备的报文转发状况，一旦监视到该路由设备的报文转发状况不正常，立即触发对该路由设备所使用虚MAC地址的接管使用；其中，使用虚MAC地址为：承担目的MAC地址为该虚MAC地址的报文转发，且在所述虚拟路由器中周期性地发送包含该虚MAC地址的通告报文。本发明能够缩短路由设备故障或与外部网络之间的链路故障而引起的流量中断时间，从而提高VRRP可靠性。

Description

一种提高VRRP负载均衡中转发可靠性的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信技术，特别涉及一种提高虚拟路由器冗余协议(VRRP)负载均衡中转发可靠性的方法和系统。

背景技术

为了解决资源和带宽浪费问题，日前提出了一种实现VRRP负载均衡的方法。如图1所示，在该方法中将多个路由设备组成一个虚拟路由器，同一网段内各客户端的缺省网关IP地址均配置为该虚拟路由器的虚IP地址。虚拟路由器中选举出的主用(master)路由设备即图中的路由设备B为该虚拟路由器中的各路由设备分配虚MAC地址；当master路由设备接收到来自客户端的地址解析请求后，按照负载均衡策略，将分配给虚拟路由器中各路由设备的虚MAC地址携带在地址解析应答中回复给客户端，以供客户端利用接收到的虚MAC地址进行报文的发送。

在上述方法中，各路由设备被分配了虚MAC地址后，就开始使用该虚MAC地址，具体为：承担目的MAC地址为该虚MAC地址的报文转发，且在该路由设备处于正常状态时，在虚拟路由器中周期性地发送包含该路由设备所使用虚MAC地址的通告报文。虚拟路由器中的其他路由设备接收到包含该虚MAC地址的通告报文后，启动VRRP的活跃(Active)定时器并对包含该虚MAC地址的通告报文进行监视，如果在Active定时器超时仍未接收到包含该虚MAC地址的通告报文，则接管使用该虚MAC地址。如果存在多个路由设备接管使用同一个虚MAC地址，则该多个路由设备通过对各路由设备的竞争优先级进行比较，确定竞争优先级最高的路由设备最终接管使用该虚MAC地址。

由于在Active定时器超时而没有接收到包含该虚MAC地址的通告报文的情况下才触发虚MAC地址的接管使用，Active定时器的定时时长通常根据通告报文的发送时间间隔进行设定，由于通告报文的发送时间间隔在秒级，因此，Atctive定时器的定时时长也在秒级(通常设置为3个通告报文的发送时间间隔)，这就会使得被分配该虚MAC地址的路由设备发生故障后几秒钟内都无法进行目的地址为该虚MAC地址的报文转发，使得以该路由设备为下一跳的主机长时间流量中断；另外，当某路由设备与外部网络之间的链路发生故障时，由于路由设备仍会持续发送包含其使用的虚MAC地址的通告报文，不会有其他路由设备接管使用该虚MAC地址，这就会造成在该路由设备与外部网络之间的链路发生故障期间，以该路由设备为下一跳的主机永久流量中断。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种提高VRRP负载均衡中转发可靠性的方法和装置，以便于缩短路由设备故障或与外部网络之间的链路故障而引起的流量中断时间，从而提高VRRP可靠性。

一种提高VRRP负载均衡中转发可靠性的方法，其特征在于，该方法包括：

在虚拟路由器中利用链路故障检测技术监视第一路由设备的报文转发状况，一旦监视到该第一路由设备的报文转发状况不正常，立即触发对该第一路由设备所使用虚MAC地址的接管使用；

其中，使用虚MAC地址为：承担目的MAC地址为该虚MAC地址的报文转发，且在所述虚拟路由器中周期性地发送包含该虚MAC地址的通告报文；

当所述第一路由设备为主用路由设备时，该方法还包括：监视所述第一路由设备的第三路由设备利用链路故障检测技术监视到所述第一路由设备发生故障时，切换为承担地址解析应答回复和虚拟MAC地址分配的主用路由设备。

一种提高VRRP负载均衡中转发可靠性的装置，该装置包括：状况监视单元和接管触发单元；

所述状况监视单元，用于在虚拟路由器中利用链路故障检测技术监视第一路由设备的报文转发状况；

所述接管触发单元，用于一旦所述状况监视单元监视到所述第一路由设备的报文转发状况不正常时，立即触发对所述第一路由设备所使用虚MAC地址的接管使用；

当所述第一路由设备为主用设备时，该装置还包括：设置在第三路由设备中的故障监视单元和第二主备切换单元；

所述故障监视单元，用于利用链路故障检测技术监视所述第一路由设备是否发生故障；

所述第二主备切换单元，用于在所述故障监视单元监视到所述第一路由设备发生故障，则将第三路由设备立即切换为承担地址解析应答回复和虚拟MAC地址分配的主用路由设备。

由以上技术方案可以看出，本发明提供的方法和装置在虚拟路由器中利用故障监测技术监视路由设备的报文转发状况，一旦监视到该路由设备的报文转发状况不正常，立即触发对该路由设备所使用虚MAC地址的接管使用，而不再依赖于通告报文的收发状况来触发对路由设备所使用虚MAC地址的接管使用，由于诸如BFD和NQA等故障监测技术能够将监视到路由设备故障或与外部网络之间链路故障的时间缩短至毫秒级，相对于通告报文秒级的状况大大缩短了触发对虚MAC地址接管的时间，也就缩短了路由设备故障或与外部网络之间的链路故障而引起的流量中断时间，从而提高VRRP可靠性。

附图说明

图1为现有技术中实现VRRP负载均衡的示意图；

图2为本发明实施例一提供的提高VRRP可靠性的示意图；

图3为本发明实施例二提供的提高VRRP可靠性的示意图；

图4为基于实施例一和实施例二监视master路由设备的示意图；

图5为本发明实施例提供的装置结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明所提供的方法主要包括：在虚拟路由器中利用链路故障检测技术监视路由设备的报文转发状况，一旦监视到该路由设备的报文转发状况不正常，立即触发对该第一路由设备所使用虚MAC地址的接管使用；其中，涉及的使用虚MAC地址为：承担目的MAC地址为该虚MAC地址的报文转发，且在该虚拟路由器中周期性地发送包含该虚MAC地址的通告报文。

本发明中使用的链路故障检测技术可以为双向转发检测(BFD)技术、网络质量分析(NQA)技术、以太网操作和维护技术(Ethernet OAM)、感知传输告警技术等，以下实施例中均以BFD技术为例进行描述。

本发明所提供的上述方法主要可以包括两种实现情形，即路由设备对自身与外部网络之间的链路进行监视，以及另一个路由设备对该路由设备的故障监视。下面结合具体实施例对上述方法进行详细描述。

实施例一：

虚拟路由器中的路由设备利用BFD技术对自身与外部网络之间的链路进行监视，一旦监视到自身与外部网络之间的链路出现故障(这里需要说明的是，BFD技术实际上不能检测出是对端设备故障还是两者之间的链路故障，但这里对端设备故障和两个设备之间的链路故障都可以认为是虚拟路由器中的路由设备与外包网络之间出现故障)，则将自身的竞争优先级降至或降至低于预设的竞争优先级低阈值，并发送携带该降低后竞争优先级的通告报文。

以图2所示的结构为例，假设路由设备A、路由设备B和路由设备C都通过网络设备D连接至外部网络，则路由设备A、路由设备B和路由设备C可以通过向网络设备D发送BFD报文来检测与外部网络之间的关键链路是否发生故障。

以路由设备A为例，假设路由设备A使用的虚MAC地址为MAC 1，如果路由设备A向网络设备D发送BFD报文后，如果在设定时间内没有接收到BFD响应报文，则确定自身与网络设备D之间的链路出现故障，路由设备A不能将报文正常的转发到外部网络，此时路由设备A可以确定自身的报文转发状况不正常，则立即触发对MAC 1的接管使用。由于路由设备A没有发生故障，因此，路由设备A仍会持续发送通告报文，为了使其他路由设备能够接管使用MAC 1，路由设备A在确定自身的报文转发状况不正常后，将自身的竞争优先级降至或降至低于设置的竞争优先级低阈值，并发送包含降低后的竞争优先级的通告报文。所述设置的竞争优先级低阈值能够保证至少存在一个其他路由设备针对该虚MAC地址的竞争优先级大于该竞争优先级低阈值，通常可以将该竞争优先级低阈值设置为最低竞争优先级。这样其他路由设备接收到包含降低后的竞争优先级的通告报文后，如果自身的竞争优先级大于该通告报文中的竞争优先级，则开始竞争接管使用MAC1，最终确定出竞争优先级最大的路由设备接管使用该MAC 1，假设路由设备B针对该MAC 1的竞争优先级最大，则路由设备B接管使用该MAC 1，承担目的地址为MAC 1的报文转发，并发送包含MAC 1和路由设备B竞争优先级的通告报文。

由于本发明中涉及各路由设备针对虚MAC地址的竞争优先级，因此，为了方便理解，在此对竞争优先级进行简单描述。路由设备的竞争优先级可以根据该路由设备的报文转发能力和当前使用的虚MAC地址数目来确定。报文转发能力越强竞争优先级越高，当前使用的虚MAC地址越多，竞争优先级越低。可以具体采用以下方式确定竞争优先级：如果该路由设备是被master路由设备所分配的该虚MAC地址的原始使用者，则在该路由设备的报文转发能力大于设定的转发能力阈值的情况下，将该路由设备的竞争优先级设置为最大值，在该路由设备的报文转发能力小于设定的转发能力阈值的情况下，将该路由设备的竞争优先级设置为最小值；如果该路由设备不是被master路由设备所分配的该虚MAC地址的原始使用者，而是该虚MAC地址的接管使用者，则可以设置该路由设备的竞争优先级P为：P＝W_max/(C+1)，其中，W_max为该路由设备的转发能力量化值，C为当前所使用的虚MAC地址数量。

路由设备A监测到自身与外部网络之间的链路发生故障后，继续向路由设备D发送BFD报文以对自身与外部网络之间的链路进行监测，一旦监测到该链路恢复正常，则说明自身的报文转发状况恢复正常，此时，路由设备A可以恢复自身的竞争优先级，并发送包含恢复后竞争优先级的通告报文，由于路由设备A是MAC 1的原始使用者，恢复优先级后，路由设备A针对MAC 1的竞争优先级最高，因此，路由设备A在恢复竞争优先级后能够抢回MAC 1的使用权。

实施例二：针对各路由设备，可以指定其他路由设备进行报文转发状况的监视。以图3所示结构中的路由设备A为例，可以指定路由设备B对路由设备A进行监视，路由设备B通过BFD技术监测路由设备A是否发生故障，如果监测到路由设备A发生故障(BFD技术实际上不能检测出是对端设备故障还是两者之间的链路故障，但这里只要有故障均认为是对端设备故障)，则说明路由设备A的报文转发状况不正常，则路由设备B立即接管使用路由设备A的虚MAC地址即MAC 1，并发送包含MAC 1和路由设备B的竞争优先级的通告报文。如果其他路由设备接收到该通告报文后，发现自身优先级比通告报文中的竞争优先级高，则接管使用MAC 1，通过该竞争过程最终确定竞争优先级最高的路由设备接管使用MAC 1。

另外，也可以针对一个路由设备指定多个路由设备对其进行监视，例如，可以指定路由设备B和路由设备C都通过BFD技术对路由设备A是否发生故障进行监视，在监测到路由设备A发生故障，则路由设备B和路由设备C都接管使用MAC 1，并发送包含MAC 1和自身竞争优先级的通告报文，路由设备B和路由设备C通过比较自身竞争优先级和接收到的通告报文中的竞争优先级来竞争接管该MAC 1，如果自身竞争优先级低于通告报文中的竞争优先级，则退出MAC 1的接管，最终竞争出优先级最大的接管MAC 1。

如果路由设备A的故障恢复，会发送包含MAC 1和路由设备A竞争优先级的通告报文，由于路由设备A是MAC 1的原始使用者，其针对MAC 1的竞争优先级最高，因此，路由设备A通过竞争重新抢回MAC 1的使用权。

在以上两个实施例中，如果路由设备A是虚拟路由器中选举出的master路由设备，如果路由设备A发生故障，则其他路由设备在设定时间内没有接收到路由设备A发送的通告报文，才会认为路由设备A故障并重新选举出master路由设备。同样，由于通告报文的发送时间间隔为秒级，上述设定时间通常为3个通告报文的发送时间间隔，这样就会造成在秒级的时间段内无法进行对主机地址解析请求的应答，使新加入的主机流量中断。

因此，本发明还可以指定其他路由设备通过BFD技术对master路由设备是否故障进行监视，例如，以图4为例，可以指定路由设备B通过BFD技术对作为master路由设备的路由设备A进行监视，一旦监视到路由设备A发生故障，则立即将路由设备B切换到主用路由设备，由路由设备B承担地址解析应答的回复和虚MAC地址的分配。

另外，可以为master路由设备指定多个路由设备进行监视，由于master路由设备是根据各路由设备的选举优先级选举出来的，因此，该多个路由设备监听到master路由设备发生故障后，可以重新触发没有故障的路由设备中选举优先级最高的路由设备作为master路由设备。

以上是对本发明所提供的方法进行的描述，下面对本发明所提供的装置进行详细描述，如图5所示，该装置可以包括：状况监视单元501和接管触发单元502。

状况监视单元501，用于在虚拟路由器中利用链路故障检测技术监视第一路由设备的报文转发状况。

接管触发单元502，用于一旦状况监视单元监视到第一路由设备的报文转发状况不正常时，立即触发对第一路由设备的接管使用。

其中，使用虚MAC地址为：承担目的MAC地址为该虚MAC地址的报文转发，且在虚拟路由器中周期性地发送包含该虚MAC地址的通告报文。

与方法实施例一相对应的情况，即第一路由设备针对自身与外部网络之间链路的监视，上述状况监视单元501和接管触发单元502设置在第一路由设备中。

状况监视单元501通过向该第一路由设备与外部网络连接的下一跳设备发送链路故障检测报文来监视第一路由设备与下一跳设备之间的链路状况，如果监视到第一路由设备与下一跳设备之间的链路出现故障，则确定第一路由设备的报文转发状况不正常。

接管触发单元502在状况监视单元501监视到第一路由设备的报文转发状况不正常时，将该第一路由设备的竞争优先级降至或降至低于设置的竞争优先级低阈值，并发送包含降低后的竞争优先级的通告报文。

另外，接管触发单元502还可以用于在状况监视单元501监视到第一路由设备的报文转发状况恢复正常时，恢复第一路由设备的竞争优先级，并发送包含恢复后竞争优先级的通告报文。

与方法实施例二相对应的情况，即第二路由设备对第一路由设备进行监视，状况监视单元501和接管触发单元502可以设置在为第一路由设备指定的第二路由设备中。

此时，状况监视单元501通过向第一路由设备发送链路故障检测报文来监视第一路由设备是否发生故障，如果检测到第一路由设备发生故障，则确定第一路由设备的报文转发状况不正常。

接管触发单元502接管使用第一路由设备所使用的虚MAC地址，并在发送包含该虚MAC地址的通告报文时，在该通告报文中携带第二路由设备的竞争优先级。

另外，当所述第一路由设备为主用设备时，该装置还可以包括：第一主备切换单元503，设置于第二路由设备中，用于一旦状况监视单元501监视到第一路由设备的报文转发状况不正常时，将第二路由设备立即切换为承担地址解析应答回复和虚拟MAC地址分配的主用路由设备。

更进一步地，当第一路由设备为主用设备时，该装置还可以包括：设置在第三路由设备中的故障监视单元504和第二主备切换单元505。

故障监视单元504，用于利用链路故障检测技术监视第一路由设备是否发生故障。

主备切换单元505，用于在故障监视单元501检测到第一路由设备发生故障，则将第三路由设备立即切换为承担地址解析应答回复和虚MAC地址分配的主用路由设备。

由以上描述可以看出，本发明提供的方法和装置在虚拟路由器中利用故障监测技术监视路由设备的报文转发状况，一旦监视到该路由设备的报文转发状况不正常，立即触发对该路由设备所使用虚MAC地址的接管使用，而不再依赖于通告报文的收发状况来触发对路由设备所使用虚MAC地址的接管使用，由于诸如BFD和NQA等故障监测技术能够将监视到路由设备故障或与外部网络之间链路故障的时间缩短至毫秒级，相对于通告报文秒级的状况大大缩短了触发对虚MAC地址接管的时间，也就缩短了路由设备故障或与外部网络之间的链路故障而引起的流量中断时间，从而提高VRRP可靠性。

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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种提高虚拟路由器冗余协议VRRP负载均衡中转发可靠性的方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在虚拟路由器中利用链路故障检测技术监视第一路由设备的报文转发状况具体包括：所述第一路由设备向下一跳设备发送链路故障检测报文，如果检测到所述第一路由设备与下一跳设备之间的链路出现故障，则确定所述第一路由设备的报文转发状况不正常；

所述触发对该第一路由设备所使用虚MAC地址的接管使用具体包括：所述第一路由设备将自身的竞争优先级降至或降至低于设置的竞争优先级低阈值，并发送包含降低后的竞争优先级的通告报文。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在虚拟路由器中利用链路故障检测技术监视第一路由设备的报文转发状况具体包括：监视第一路由设备的第二路由设备向所述第一路由设备发送链路故障检测报文，如果检测到所述第一路由设备发生故障，则确定所述第一路由设备的报文转发状况不正常；

所述触发对第一路由设备所使用虚MAC地址的接管使用具体包括：所述第二路由设备接管使用所述第一路由设备所使用的虚MAC地址，并在发送包含该虚MAC地址的通告报文时，在该通告报文中携带所述第二路由设备的竞争优先级。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括：当所述第一路由设备的报文转发状况恢复正常后，发送包含恢复后竞争优先级的通告报文。

5.一种提高VRRP负载均衡中转发可靠性的装置，其特征在于，该装置包括：状况监视单元和接管触发单元；

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述状况监视单元和接管触发单元设置在所述第一路由设备中；所述状况监视单元通过向该第一路由设备的下一跳设备发送链路故障检测报文来监视所述第一路由设备与下一跳设备之间的链路状况，如果检测到所述第一路由设备与下一跳设备之间的链路出现故障，则确定所述第一路由设备的报文转发状况不正常；

所述接管触发单元在所述状况监视单元监视到所述第一路由设备的报文转发状况不正常时，将该第一路由设备的竞争优先级降至或降至低于设置的竞争优先级低阈值，并发送包含降低后的竞争优先级的通告报文。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述接管触发单元还用于在所述状况监视单元检测到所述第一路由设备的报文转发状况恢复正常时，发送包含恢复后竞争优先级的通告报文。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述状况监视单元和接管触发单元设置在用于监视所述第一路由设备的第二路由设备中；

所述状况监视单元通过向所述第一路由设备发送链路故障检测报文来监视所述第一路由设备是否发生故障，如果检测到所述第一路由设备发生故障，则确定所述第一路由设备的报文转发状况不正常；

所述接管触发单元接管使用所述第一路由设备所使用的虚MAC地址，并在发送包含该虚MAC地址的通告报文时，在该通告报文中携带所述第二路由设备的竞争优先级。