CN101815007B - 一种基于vrrp负载均衡的快速切换方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VRRP负载均衡的快速切换方法，包括以下步骤：所述Master设备和所述Backup设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备出现异常；如果出现异常时，所述VRRPE备份组中的路由设备进行角色切换。本发明中，可以有效的提高VRRPE的切换速度，保证流量的快速切换。

Description

一种基于VRRP负载均衡的快速切换方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种基于VRRP负载均衡的快速切换方法和设备。

背景技术

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议)是一种选择协议，VRRP可以将一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网上的VRRP路由器中的一台，其中，控制虚拟路由器IP(Internet Protocol，网络互联协议)地址的VRRP路由器称为主(Master)路由器，而主路由器负责转发数据包到这些虚拟IP地址。

在VRRP标准协议模式中，只有Master路由器可以转发报文，而Backup(备份)路由器处于监听状态，无法转发报文。虽然创建多个备份组可以实现多个路由器之间的负载分担，但是，局域网内的主机需要设置不同的网关，增加了配置的复杂性。进一步的，VRRP Extended(VRRPE)是VRRP增强性协议，该VRRPE支持同一个VRRP组流量的负载分担，即VRRPE是VRRP的负载均衡模式。

具体的，VRRP负载均衡模式在VRRP提供的虚拟网关冗余备份功能的基础上，增加了负载均衡功能。该VRRP负载均衡模式的实现原理包括：将一个虚拟IP地址与多个虚拟MAC(Media Access Control，介质访问控制)地址对应，VRRP备份组中的每个路由器都对应一个虚拟MAC地址，从而使得每个路由器都能转发流量。

在VRRP负载均衡模式中，只需要创建一个备份组，就可以实现备份组中多个路由器之间的负载分担，从而避免了VRRP备份组中Backup路由器始终处于空闲状态、网络资源利用率不高的问题。

进一步的，在VRRP负载均衡模式中，Master路由器负责为备份组中的路由器分配虚拟MAC地址，并为来自IPv4网络中不同主机的ARP(AddressResolution Protocol，地址解析协议)请求，或者来自IPv6网络中不同主机的ND(Neighbor Discover，邻居发现)请求，应答不同的虚拟MAC地址，从而实现流量在多个路由器之间分担。其中，备份组中的Backup路由器不会应答主机的ARP(IPv4网络中)/ND(IPv6网络中)请求。

如图1所示，为VRRP负载均衡架构示意图。其中，备份组的虚拟IP地址为10.1.1.1/24，Master路由器为Router A(路由器A)，Backup路由器为RouterB和Router C。其中，Router A为Router A、Router B和Router C分配不同的虚拟MAC地址，虚拟MAC地址的信息如图1所示。

具体的，当主机Host A、Host B和Host C发送ARP请求时，获取到网关10.1.1.1(即备份组的虚拟IP地址)对应的MAC地址，此时，Master路由器(即Router A)将根据负载均衡算法，利用不同的虚拟MAC地址来应答主机的ARP请求。例如，(1)Host A获取的MAC地址为Router A的虚拟MAC地址，即Host A认为网关的MAC地址为Router A的虚拟MAC地址，从而保证Host A的流量通过Router A转发。(2)Host B获取的MAC地址为RouterB的虚拟MAC地址，即Host B认为网关的MAC地址为Router B的虚拟MAC地址，从而保证Host B的流量通过Router B转发。(3)Host C获取的MAC地址为Router C的虚拟MAC地址，即Host C认为网关的MAC地址为RouterC的虚拟MAC地址，从而保证Host C的流量通过Router C转发。

需要注意的是，在VRRP标准协议模式中，只定义了一种VRRP通告报文，且只有Master路由器周期性发送该VRRP通告报文，而Backup路由器不会发送VRRP通告报文。而为了实现负载均衡，VRRP负载均衡模式中定义了四种报文：

(1)Advertisement(通告)报文，其中，该Advertisement报文用于通告本路由器上备份组的状态，并用于通告本路由器上处于Active(活动)状态的虚拟转发器信息，该Master路由器和Backup路由器均会周期性发送该Advertisement报文。

(2)Request(请求)报文，其中，处于Backup状态的路由器如果不是VF Owner(Virtual Forwarder Owner，虚拟转发器拥有者)，则需要发送Request报文，请求Master路由器为其分配虚拟MAC地址。

(3)Reply(应答)报文，其中，Master路由器接收到Request报文后，将通过Reply报文为Backup路由器分配虚拟MAC地址；而收到Reply报文后，Backup路由器会创建虚拟MAC地址对应的虚拟转发器，该Backup路由器称为此虚拟转发器的拥有者。

(4)Release(释放)报文，其中，VF Owner的失效时间达到一定值后，接替其工作的路由器将发送Release报文，通知备份组中的路由器删除VFOwner对应的虚拟转发器。

现有的VRRP负载均衡模式中，VRRPE技术虽然能够实现整个VRRP族内部的负载均衡，但是，设备异常时切换的时间较长，从而导致可靠性降低。具体来说包括以下几种情况：

(1)Master路由器异常时，Backup路由器必须通过等待、超时机制实现Master路由器的切换，时间较长(例如，一般为3～5秒)。

(2)Backup路由器异常时，则Master路由器不能尽快发现异常状况。

(3)VRRPE成员设备出现异常或切换后，主机无法感知到这一变化情况，从而必须通过主机自身的ARP老化机制才能够实现流量切换，切换的时间很长，对业务的影响较大。

发明内容

本发明提供一种基于VRRP负载均衡的快速切换方法和设备，以减少切换时间，提高可靠性。

为了达到上述目的，本发明提出了一种基于虚拟路由器冗余协议VRRP负载均衡的快速切换方法，应用于包括多个路由设备的VRRPE备份组中，所述多个路由设备中至少包括一个Master设备和一个Backup设备，且所述多个路由设备中的其他路由设备为Slave设备，所述Master设备和所述Backup设备上维护了路由设备的虚拟介质访问控制MAC地址与主机MAC地址的对应关系，所述方法包括以下步骤：

所述Master设备和所述Backup设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；

如果出现异常时，所述VRRPE备份组中的路由设备进行角色切换；角色切换之后的当前Master设备根据异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址查找所述路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；

如果查找到与所述异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址对应的主机MAC地址时，角色切换之后的当前Master设备为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备，并通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量。

所述Master设备和所述Backup设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常，之前还包括：

根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述Master设备、所述Backup设备和所述Slave设备；具体为：

确定优先级最优的路由设备为所述Master设备，确定优先级次优的路由设备为所述Backup设备，并确定其他路由设备为所述Slave设备。

所述Master设备和所述Backup设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常，具体包括：

所述Master设备通过双向转发检测BFD检测所述Backup设备和所述Master设备的上行链路是否出现异常；并在所述Slave设备通过BFD检测到所述Slave设备的上行链路出现异常时，接收所述Slave设备上报的所述Slave设备上行链路出现异常的信息；

所述Backup设备通过BFD检测所述Master设备、所述Slave设备和所述Backup设备的上行链路是否出现异常。

所述VRRPE备份组中的路由设备进行角色切换，具体包括：

当所述Master设备通过BFD检测到所述Backup设备出现异常时，所述Master设备将所述Backup设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；

当所述Master设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，所述Master设备通知所述Backup设备直接成为新的Master设备，所述新的Master设备将所述Master设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；

当所述Backup设备通过BFD检测到所述Master设备出现异常时，所述Backup设备直接成为新的Master设备，将所述Master设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；

当所述Backup设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，所述Backup设备通知所述Master设备将其置为失效状态，所述Master设备将所述Backup设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；

当所述Backup设备通过BFD检测到所述Slave设备出现异常时，所述Backup设备通知所述Master设备将所述Slave设备置为失效状态，所述Master设备将出现异常的Slave设备置为失效状态；

当所述Slave设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，所述Slave设备通知所述Master设备将其置为失效状态，所述Master设备将出现异常的Slave设备置为失效状态。

角色切换之后的当前Master设备为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备，之后还包括：

角色切换之后的当前Master设备根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系，并将更新后的路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系通知给所述Backup设备。

通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量，具体包括：

角色切换之后的当前Master设备根据所述主机MAC地址向所述主机发送免费地址解析协议ARP报文，所述免费ARP报文中携带了重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址；

所述主机根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新自身的ARP表，并根据更新后的ARP表发送流量。

一种基于VRRP负载均衡的快速切换设备，应用于包括多个路由设备的VRRPE备份组中，所述多个路由设备中至少包括一个Master设备和一个Backup设备，且所述多个路由设备中的其他路由设备为Slave设备，所述Master设备和所述Backup设备上维护了路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系，所述基于VRRP负载均衡的快速切换设备作为所述Master设备、或者所述Backup设备、或者所述Slave设备；该设备进一步包括：判断模块，处理模块和收发模块，所述处理模块和所述判断模块连接，所述收发模块和所述处理模块连接，

当该设备作为所述Master设备时，

所述判断模块，用于判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；

所述处理模块，用于当出现异常时，确定所述VRRPE备份组中的路由设备需要进行角色切换，并根据异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址查找所述路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；并在查找到与所述异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址对应的主机MAC地址时，为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备；

所述收发模块，用于通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量；

当该设备作为所述Backup设备时，

所述判断模块，用于判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；

所述处理模块，用于当出现异常时，确定所述VRRPE备份组中的路由设备需要进行角色切换，并在自身角色切换为所述Master设备时，执行所述Master设备的功能。

各个路由设备中的处理模块还用于，根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述Master设备、所述Backup设备和所述Slave设备；具体用于：确定优先级最优的路由设备为所述Master设备，确定优先级次优的路由设备为所述Backup设备，并确定其他路由设备为所述Slave设备。

所述判断模块具体用于，

当该设备作为所述Master设备时，通过BFD检测所述Backup设备和所述Master设备的上行链路是否出现异常；并在所述Slave设备通过BFD检测到所述Slave设备的上行链路出现异常时，接收所述Slave设备上报的所述Slave设备上行链路出现异常的信息；

当该设备作为所述Backup设备时，通过BFD检测所述Master设备、所述Slave设备和所述Backup设备的上行链路是否出现异常。

所述处理模块具体用于，

当该设备作为所述Master设备时，当通过BFD检测到所述Backup设备出现异常时，将所述Backup设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述Backup设备直接成为新的Master设备，并由所述新的Master设备将所述Master设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当所述Backup设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，将所述Backup设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当所述Backup设备通过BFD检测到所述Slave设备出现异常时，将出现异常的Slave设备置为失效状态；当所述Slave设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，将出现异常的Slave设备置为失效状态；

当该设备作为所述Backup设备时，当所述Backup设备通过BFD检测到所述Master设备出现异常时，所述Backup设备直接成为新的Master设备，将所述Master设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当所述Backup设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述Master设备将其置为失效状态；当所述Backup设备通过BFD检测到所述Slave设备出现异常时，通知所述Master设备将所述Slave设备置为失效状态；

当该设备作为所述Slave设备时，当所述Slave设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述Master设备将其置为失效状态。

当该设备作为所述Master设备时，

所述处理模块还用于根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；

所述收发模块还用于，将更新后的路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系通知给所述Backup设备。

当该设备作为所述Master设备时，

所述收发模块还用于，根据所述主机MAC地址向所述主机发送免费地址解析协议ARP报文，所述免费ARP报文中携带了重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：可以有效的提高VRRPE技术切换速度，提高VRRPE系统的可靠性，并保证流量的快速切换。

附图说明

图1为现有技术中VRRP负载均衡架构示意图；

图2为本发明提出的一种基于VRRP负载均衡的快速切换方法流程图；

图3为本发明一种具体应用场景下的示意图；

图4为本发明中Master路由器异常时的快速切换过程示意图；

图5为本发明中Backup路由器异常时的快速切换过程示意图；

图6为本发明中Slave路由器异常时的快速切换过程示意图；

图7为本发明中Master路由器上行链路出现异常时的快速切换过程示意图；

图8为本发明中Backup路由器上行链路出现异常时的快速切换过程示意图；

图9为本发明中Slave路由器上行链路出现异常时的快速切换过程示意图；

图10为本发明提出的一种基于VRRP负载均衡的快速切换设备的结构图。

具体实施方式

针对现有技术中VRRPE切换时间较长，可靠性较低的问题，本发明中提出一种基于VRRP负载均衡的快速切换方法，以快速探测异常状况，并在出现异常设备或者异常链路时，及时的进行切换，并使对应的主机及时切换到没有出现异常的设备上，从而可以快速切换流量路径，提高VRRPE的可靠性。

基于上述思想，本发明中提供一种基于虚拟路由器冗余协议VRRP负载均衡的快速切换方法，应用于包括多个路由设备的VRRPE备份组中，所述多个路由设备(例如，路由器、交换机等路由设备，为了方便描述，本发明后续的应用场景中均以路由器为例进行说明)中至少包括一个Master设备和一个Backup设备，且所述多个路由设备中的其他路由设备为Slave设备，所述Master设备和所述Backup设备上维护了路由设备的虚拟介质访问控制MAC地址与主机MAC地址的对应关系，如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤201，所述Master设备和所述Backup设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常。如果出现异常时，转到步骤202，否则，结束流程。

步骤202，所述VRRPE备份组中的路由设备进行角色切换；角色切换之后的当前Master设备根据异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址查找所述路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系。

步骤203，如果查找到与所述异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址对应的主机MAC地址时，角色切换之后的当前Master设备为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备，并通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量。

为了更加清楚的说明本发明提供的技术方案，以下结合一种具体的应用场景，对本发明提供的技术方案进行详细阐述。如图3所示，为本应用场景的示意图，在图3中，Router A(路由器A)、Router B、Router C和Router D为VRRPE备份组中的四个路由器，而在实际应用中，本发明提供的技术方案，VRRPE备份组中路由器的个数可以根据实际需要任意选择，只要VRRPE备份组中路由器的个数不小于2个即可。在图3中，为了实现VRRPE备份组，需要在Router A、Router B、Router C和Router D的内网接口上配置VRRPE。

本发明中，需要在VRRPE备份组中建立三种角色，分别为Master路由器、Backup路由器和Slave路由器。而在实际应用中，可以根据各个路由器的优先级并通过VRRP的组播竞选机制选取出Master路由器、Backup路由器和Slave路由器；当然，也可以根据其他信息来选取出Master路由器、Backup路由器和Slave路由器，本发明中以通过优先级选取Master路由器、Backup路由器和Slave路由器为例进行说明。

进一步的，在根据优先级并通过VRRP的组播竞选机制选取Master路由器、Backup路由器和Slave路由器时，需要确定优先级最优(例如，优先级最高)的路由器为Master路由器，确定优先级次优的路由器为Backup路由器，而其他路由器为Slave路由器。

本应用场景中，以Router A的优先级为100、Router B的优先级为90、Router C的优先级为60、Router D的优先级为50为例进行说明，则Router A通过VRRP的组播竞选机制成为Master路由器，Router B通过VRRP的组播竞选机制成为Backup路由器，Router C通过VRRP的组播竞选机制成为Slave路由器，Router D通过VRRP的组播竞选机制成为Slave路由器。

本发明提供的基于VRRP负载均衡的快速切换方法中，通过建立成员设备之间的监测机制，并通过VRRPE成员设备之间相互检测来实现VRRP负载均衡的快速切换。

具体的，在检测过程中，Master路由器需要通过BFD(BidirectionalForwarding Detection，双向转发检测)检测Backup路由器的状态，而Backup路由器需要通过BFD检测Master路由器和Slave路由器的状态(当然，在实际应用中，还可以通过其他方式进行检测，例如，通过keeplive方式进行检测，本发明中不再详加说明，以通过BFD检测为例进行说明)。当然，在实际应用中，也可以通过Master路由器检测Backup路由器的状态和Slave路由器的状态，而Backup路由器通过BFD检测Master路由器的状态。本发明中，为了有效降低Master路由器的负荷(尤其是Slave路由器数量较多的情况)，可以采用Master路由器检测Backup路由器的状态，而Backup路由器检测Master路由器和Slave路由器的状态。

进一步的，在Master路由器检测Backup路由器状态的过程中，如果发现Backup路由器异常，则Master路由器需要通知所有成员设备重新选举Backup路由器。对应到本应用场景下，当Router A检测到Router B异常时，则RouterA需要通知Router C和Router D重新选举Backup路由器，此时，由于RouterC的优先级高，则Router C将成为新的Backup路由器。

在Backup路由器通过BFD检测Master路由器的状态时，如果Master路由器出现异常，则Backup路由器直接成为新的Master路由器，并通知所有成员设备重新选举Backup路由器。对应到本应用场景下，当Router B检测到Router A异常时，则Router B直接成为新的Master路由器，并通知Router C和Router D重新选举Backup路由器，此时，由于Router C的优先级高，则Router C将成为新的Backup路由器。

在Backup路由器通过BFD检测Slave路由器的状态时，如果Slave路由器出现异常，则Backup路由器通知Master路由器更新虚拟MAC地址表。对应到本应用场景下，当Router B检测到Router C和/或Router D异常时，则Router B通知Router A更新虚拟MAC地址表。

另外，本发明提供的基于VRRP负载均衡的快速切换方法中，还可以建立成员设备上行链路监测机制，并由VRRPE成员设备通过BFD各自检测上行链路来实现VRRP负载均衡的快速切换。

具体的，Master路由器通过BFD检测到Master路由器的上行链路异常时，则Master路由器通知Backup路由器直接成为新的Master路由器，并将原Master置为失效状态，并通知所有成员设备重新选举Backup路由器。

Backup路由器通过BFD检测到Backup路由器的上行链路异常时，则Backup路由器将原Backup置为失效状态，并通知所有成员重新选举Backup。

Slave路由器通过BFD检测到Slave路由器的上行链路异常时，则通知将其置为失效状态。

综上所述，当VRRPE备份组中有路由器或者链路出现异常时，则能够在各个路由器间进行快速切换，而为了保证流量的快速切换，还需要在Master路由器上建立一张映射表，该映射表为虚拟MAC地址表。其中，在Master路由器为主机分配网关虚拟MAC地址时，在该虚拟MAC地址表中保存主机的MAC地址与网关(即相应的路由器)虚拟MAC地址之间的对应关系。

需要注意的是，Master路由器上的该虚拟MAC地址表需要定期在Backup上进行备份，而当Master路由器上的虚拟MAC地址表发生更新后，也需要将更新后的虚拟MAC地址表同步到Backup路由器上。

本发明中，当路由器或者对应的上行链路出现异常时，则可以根据异常设备的虚拟MAC地址查询该虚拟MAC地址表并得到以该异常设备为网关的主机MAC；并为该主机重新分配网关虚拟MAC地址，以及向该主机MAC对应的主机发送免费ARP报文，而当该主机接收到该免费ARP报文后，能够根据该免费ARP报文主动刷新自身的ARP表，并根据刷新后的ARP表来发送流量，从而实现主机流量的快速切换。其中，该免费ARP报文为主机可以识别并处理的免费ARP报文，该免费ARP报文中携带了为该主机重新分配的网关的MAC地址信息。

如表1所示，为一种虚拟MAC地址表，该虚拟MAC地址表中的内容可以根据实际需要进行调整，只要有主机MAC地址和网关虚拟MAC地址的对应关系即可，该虚拟MAC地址表需要存储在Master路由器上，并同步到Backup路由器上。

表1

主机	主机MAC地址	网关设备	网关虚拟MAC地址
				HostA	MAC A	Router C	MAC 1
Host B	MAC B	Router D	MAC 2

基于表1所示的内容，如果Router C出现异常时，则根据Router C的MAC地址以及表1的内容，可以得到以该Router C为网关的主机MAC(MACA)。此时，可以向MAC A对应的主机Host A发送免费ARP报文，而当该Host A接收到该免费ARP报文后，能够根据该免费ARP报文主动刷新自身的ARP表，并根据刷新后的ARP表来发送流量，从而实现主机流量的快速切换。可以理解的是，在为主机重新分配了网关虚拟MAC地址后，还需要更新表1所示的虚拟MAC地址表，例如，为Host A重新分配了Router D的虚拟MAC地址(MAC 2)后，则对应的虚拟MAC地址表如表2所示。

表2

主机	主机MAC地址	网关设备	网关虚拟MAC地址
				Host A	MAC A	Router D	MAC 2
Host B	MAC B	Router D	MAC 2

为了更加清楚的说明本发明上述各个路由器出现异常情况的处理过程，以下结合几种具体示例来进一步阐述。

如图4所示，为Master路由器异常时的快速切换过程，在图4中，为Master路由器(Route A)异常的情况。

Backup路由器(Route B)通过BFD快速检测到Master路由器出现异常时，则Route B直接将自身的状态升级为Master路由器，并将Route A置为失效状态。另外，Route B(新的Master路由器)通知Route C和Route D竞选Backup路由器，此时，Route C成为新的Backup路由器。

进一步的，Route B根据Route A的虚拟地址VMAC1查询虚拟MAC地址表，获取对应的主机MAC地址为HostA的地址MAC1，此时，Route B需要为Host A重新分配网关，以及对应该网关的虚拟MAC地址，根据预设的负载均衡算法确定Route C的负载最轻时，则确定为Host A重新分配网关虚拟MAC地址为Route C对应的VMAC3。

当网关虚拟MAC地址分配完成后，则Route B向Host A发送免费ARP报文。其中，该免费ARP报文的源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是Host A的MAC地址(不是组播MAC)；源MAC地址是RouteB为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC3。需要注意的是，在现有的ARP报文中，源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是组播MAC，源MAC地址是Route B为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC3。

与现有的ARP报文相比，通过将目的MAC地址设置为Host A的MAC地址，使得只有Host A能够接收到该免费ARP报文，从而当HostA接收到该免费ARP报文后，及时更新自身的ARP表，此时，Host A能够及时的将流量从RouteC进行转发，切换时间非常快。

如图5所示，为Backup路由器异常时的快速切换过程，在图5中，为Backup路由器(Route B)异常的情况。

Master路由器(Route A)通过BFD快速检测到Backup路由器出现异常时，则Master路由器将Route B置为失效状态，并通知Route C和Route D竞选Backup路由器，此时，Route C成为新的Backup路由器。

进一步的，Route A根据Route B的虚拟地址VMAC2查询虚拟MAC地址表，获取对应的主机MAC地址为HostA的地址MAC1，此时，Route A为Host A重新分配网关虚拟MAC地址，根据预设的负载均衡算法确定Route C的负载最轻时，则确定为Host A重新分配网关虚拟MAC地址为VMAC3。

当网关虚拟MAC地址分配完成后，则Route A向Host A发送免费ARP报文。其中，该免费ARP报文的源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是Host A的MAC地址；源MAC地址是Route A为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC3。

当Host A接收到该免费ARP报文后，及时更新自身的ARP表，此时，Host A能够及时的将流量从Route C进行转发，切换时间非常快。

如图6所示，为Slave路由器异常时的快速切换过程，在图6中，为Slave路由器(Route C)异常的情况。

Backup路由器(RouteB)通过BFD快速检测到Route C出现异常时，则Backup通知Master将Route C置为失效状态。

进一步的，Route A根据Route C的虚拟地址VMAC3查询虚拟MAC地址表，获取对应的主机MAC地址为HostA的地址MAC1，此时，Route A为Host A重新分配网关虚拟MAC地址，根据预设的负载均衡算法确定Route D的负载最轻时，则确定为Host A重新分配网关虚拟MAC地址为VMAC4。

当网关虚拟MAC地址分配完成后，则Route A向Host A发送免费ARP报文。其中，该免费ARP报文的源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是Host A的MAC地址；源MAC地址是Route A为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC4。当Host A接收到该免费ARP报文后，及时更新自身的ARP表，此时，Host A能够及时的将流量从Route D进行转发，切换时间非常快。

如图7所示，为Master路由器上行链路出现异常时的快速切换过程，在图7中，Master路由器(Route A)通过BFD检测到上行链路异常。

Master路由器(Route A)根据配置(switchover)通知Backup路由器(RouteB)快速切换。当Route B接收到通知后，直接将自身的状态升级为Master路由器，并将RouteA置为失效状态。Route B(Master路由器)通知Route C和Route D竞选Backup路由器，该Route C成为新的Backup。

进一步的，Route B根据Route A的虚拟地址VMAC1查询虚拟MAC地址表，获取对应的主机MAC地址为HostA的地址MAC1，此时，Route B为Host A重新分配网关虚拟MAC地址，根据预设的负载均衡算法确定Route C的负载最轻时，则确定为Host A重新分配网关虚拟MAC地址为VMAC3。

当网关虚拟MAC地址分配完成后，则Route B向Host A发送免费ARP报文。其中，该免费ARP报文的源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是Host A的MAC地址；源MAC地址是Route B为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC3。当Host A接收到该免费ARP报文后，及时更新自身的ARP表，此时，Host A能够及时的将流量从Route C进行转发，切换时间非常快。

如图8所示，为Backup路由器上行链路出现异常时的快速切换过程，在图8中，Backup路由器(RouteB)通过BFD检测到上行链路异常。

Backup路由器(RouteB)根据配置(switchover)通知Master路由器(RouteA)快速切换。Route A将Route B置为失效状态，并通知Route C和Route D竞选Backup，该Route C成为新的Backup。

进一步的，Route A根据Route B的虚拟地址VMAC2查询虚拟MAC地址表，获取对应的主机MAC地址为HostA的地址MAC1，此时，Route A为Host A重新分配网关虚拟MAC地址，根据预设的负载均衡算法确定Route C的负载最轻时，则确定为HostA重新分配网关虚拟MAC地址为VMAC3。

当网关虚拟MAC地址分配完成后，则Route A向Host A发送免费ARP报文。其中，该免费ARP报文的源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是Host A的MAC地址；源MAC地址是Route A为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC3。当Host A接收到该免费ARP报文后，及时更新自身的ARP表，此时，Host A能够及时的将流量从Route C进行转发，切换时间非常快。

如图9所示，为Slave路由器上行链路出现异常时的快速切换过程，在图9中，Slave路由器(Route C)通过BFD检测到上行链路异常。

Slave路由器(RouteC)根据配置(switchover)通知Master路由器(RouteA)快速切换。Route A将Route C置为失效状态。

进一步的，Route A根据Route C的虚拟地址VMAC3查询虚拟MAC地址表，获取对应的主机MAC地址为HostA的地址MAC1，此时，Route A为HostA重新分配网关虚拟MAC地址，根据预设的负载均衡算法确定Route D的负载最轻时，则确定为Host A重新分配网关虚拟MAC地址为VMAC4。

当网关虚拟MAC地址分配完成后，则Route A向Host A发送免费ARP报文。其中，该免费ARP报文的源IP和目的IP是虚拟网关的地址VIP；目的MAC地址是Host A的MAC地址；源MAC地址是Route A为HostA重新分配的虚拟MAC地址VMAC4。当Host A接收到该免费ARP报文后，及时更新自身的ARP表，此时，Host A能够及时的将流量从Route D进行转发，切换时间非常快。

基于与上述方法同样的发明构思，本发明还提出了一种基于VRRP负载均衡的快速切换设备，应用于包括多个路由设备的VRRPE备份组中，所述多个路由设备中至少包括一个Master设备和一个Backup设备，且所述多个路由设备中的其他路由设备为Slave设备，所述Master设备和所述Backup设备上维护了路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系，所述基于VRRP负载均衡的快速切换设备作为所述Master设备、或者所述Backup设备、或者所述Slave设备；如图10所示，该设备进一步包括：判断模块10，处理模块20和收发模块30，所述处理模块20和所述判断模块10连接，所述收发模块30和所述处理模块20连接，

当该设备作为所述Master设备时，

所述判断模块10，用于判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常。在判断是否有路由设备和/或链路出现异常时，所述判断模块10具体用于通过BFD检测所述Backup设备和所述Master设备的上行链路是否出现异常；并在所述Slave设备通过BFD检测到所述Slave设备的上行链路出现异常时，接收所述Slave设备上报的所述Slave设备上行链路出现异常的信息。

所述处理模块20，用于当出现异常时，确定所述VRRPE备份组中的路由设备需要进行角色切换，并根据异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址查找所述路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；并在查找到与所述异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址对应的主机MAC地址时，为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备。

另外，该处理模块20还用于根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述Master设备、所述Backup设备和所述Slave设备；具体用于：确定优先级最优的路由设备为所述Master设备，确定优先级次优的路由设备为所述Backup设备，并确定其他路由设备为所述Slave设备。

当出现异常时，所述处理模块20具体用于，当BFD检测到所述Backup设备出现异常时，将所述Backup设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述Backup设备直接成为新的Master设备，并由所述新的Master设备将所述Master设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当所述Backup设备BFD检测到自身的上行链路出现异常时，将所述Backup设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当所述Backup设备BFD检测到所述Slave设备出现异常时，将出现异常的Slave设备置为失效状态；当所述Slave设备BFD检测到自身的上行链路出现异常时，将出现异常的Slave设备置为失效状态。

需要注意的是，当为主机重新分配了接入网络的路由设备后，该处理模块20还用于根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系。

所述收发模块30，用于通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量。此时，所述收发模块30具体用于根据所述主机MAC地址向所述主机发送免费地址解析协议ARP报文，所述免费ARP报文中携带了重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址。

另外，在处理模块20根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系后，该收发模块30还用于将更新后的路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系通知给所述Backup设备。

当该设备作为所述Backup设备时，

所述判断模块10，用于判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；其中，所述判断模块10具体用于通过BFD检测所述Master设备、所述Slave设备和所述Backup设备的上行链路是否出现异常。

所述处理模块20，用于当出现异常时，确定所述VRRPE备份组中的路由设备需要进行角色切换，并在自身角色切换为所述Master设备时，执行所述Master设备的功能。

另外，该处理模块20还用于根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述Master设备、所述Backup设备和所述Slave设备；具体用于：确定优先级最优的路由设备为所述Master设备，确定优先级次优的路由设备为所述Backup设备，并确定其他路由设备为所述Slave设备。

当出现异常时，所述处理模块20具体用于，当所述Backup设备BFD检测到所述Master设备出现异常时，所述Backup设备直接成为新的Master设备，将所述Master设备置为失效状态，并通知各个Slave设备重新选举出Backup设备；当所述Backup设备BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述Master设备将其置为失效状态；当所述Backup设备BFD检测到所述Slave设备出现异常时，通知所述Master设备将所述Slave设备置为失效状态。

当该设备作为所述Slave设备时，

该处理模块20用于根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述Master设备、所述Backup设备和所述Slave设备；具体用于：确定优先级最优的路由设备为所述Master设备，确定优先级次优的路由设备为所述Backup设备，并确定其他路由设备为所述Slave设备。

当出现异常时，所述处理模块20具体用于，当所述Slave设备BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述Master设备将其置为失效状态。

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于虚拟路由器冗余协议VRRP负载均衡的快速切换方法，应用于包括多个路由设备的虚拟路由器冗余协议的增强性协议VRRPE备份组中，所述多个路由设备中至少包括一个主设备和一个备份设备，且所述多个路由设备中的其他路由设备为从属设备，所述主设备和所述备份设备上维护了路由设备的虚拟介质访问控制MAC地址与主机MAC地址的对应关系，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

所述主设备和所述备份设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；

如果出现异常时，所述VRRPE备份组中的路由设备进行角色切换；其中，建立成员设备之间的监测机制，并通过VRRPE成员设备之间相互检测来实现VRRP负载均衡的快速切换；和/或，建立成员设备上行链路监测机制，并由VRRPE成员设备各自检测上行链路来实现VRRP负载均衡的快速切换；

角色切换之后的当前主设备根据异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址查找所述路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；

如果查找到与所述异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址对应的主机MAC地址时，角色切换之后的当前主设备为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备，并通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主设备和所述备份设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常，之前还包括：

根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述主设备、所述备份设备和所述从属设备；具体为：

确定优先级最优的路由设备为所述主设备，确定优先级次优的路由设备为所述备份设备，并确定其他路由设备为所述从属设备。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主设备和所述备份设备判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常，具体包括：

所述主设备通过双向转发检测BFD检测所述备份设备和所述主设备的上 行链路是否出现异常；并在所述从属设备通过BFD检测到所述从属设备的上行链路出现异常时，接收所述从属设备上报的所述从属设备上行链路出现异常的信息；

所述备份设备通过BFD检测所述主设备、所述从属设备和所述备份设备的上行链路是否出现异常。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述VRRPE备份组中的路由设备进行角色切换，具体包括：

当所述主设备通过BFD检测到所述备份设备出现异常时，所述主设备将所述备份设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；

当所述主设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，所述主设备通知所述备份设备直接成为新的主设备，所述新的主设备将所述主设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；

当所述备份设备通过BFD检测到所述主设备出现异常时，所述备份设备直接成为新的主设备，将所述主设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；

当所述备份设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，所述备份设备通知所述主设备将其置为失效状态，所述主设备将所述备份设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；

当所述备份设备通过BFD检测到所述从属设备出现异常时，所述备份设备通知所述主设备将所述从属设备置为失效状态，所述主设备将出现异常的从属设备置为失效状态；

当所述从属设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，所述从属设备通知所述主设备将其置为失效状态，所述主设备将出现异常的从属设备置为失效状态。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，角色切换之后的当前主设备为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备，之后还包括：

角色切换之后的当前主设备根据所述重新分配的接入网络的路由设备的 虚拟MAC地址更新路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系，并将更新后的路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系通知给所述备份设备。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量，具体包括：

角色切换之后的当前主设备根据所述主机MAC地址向所述主机发送免费地址解析协议ARP报文，所述免费ARP报文中携带了重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址；

所述主机根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新自身的ARP表，并根据更新后的ARP表发送流量。

7.一种基于虚拟路由器冗余协议VRRP负载均衡的快速切换设备，应用于包括多个路由设备的虚拟路由器冗余协议的增强性协议VRRPE备份组中，所述多个路由设备中至少包括一个主设备和一个备份设备，且所述多个路由设备中的其他路由设备为从属设备，所述主设备和所述备份设备上维护了路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系，其特征在于，所述基于VRRP负载均衡的快速切换设备作为所述主设备、或者所述备份设备、或者所述从属设备；该设备进一步包括：判断模块，处理模块和收发模块，所述处理模块和所述判断模块连接，所述收发模块和所述处理模块连接，

当该设备作为所述主设备时，

所述判断模块，用于判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；

所述处理模块，用于当出现异常时，确定所述VRRPE备份组中的路由设备需要进行角色切换，并根据异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址查找所述路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；并在查找到与所述异常路由设备和/或异常链路对应的路由设备的虚拟MAC地址对应的主机MAC地址时，为所述主机MAC地址对应的主机重新分配接入网络的路由设备；其中，建立成员设备之间的监测机制，并通过VRRPE成员设备之间相互检测来实现VRRP负载均衡的快速切换；和/或，建立成员设备上行链路监测机制，并由VRRPE成员设备各自检测上行链路来实现VRRP负载均衡的快速切换；

所述收发模块，用于通知该主机以重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址发送流量；

当该设备作为所述备份设备时，

所述判断模块，用于判断所述VRRPE备份组中是否有路由设备和/或链路出现异常；

所述处理模块，用于当出现异常时，确定所述VRRPE备份组中的路由设备需要进行角色切换，并在自身角色切换为所述主设备时，执行所述主设备的功能；其中，建立成员设备之间的监测机制，并通过VRRPE成员设备之间相互检测来实现VRRP负载均衡的快速切换；和/或，建立成员设备上行链路监测机制，并由VRRPE成员设备各自检测上行链路来实现VRRP负载均衡的快速切换。

8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，各个路由设备中的处理模块还用于，根据各个路由设备的优先级并通过VRRP的组播竞选机制，确定所述主设备、所述备份设备和所述从属设备；具体用于：确定优先级最优的路由设备为所述主设备，确定优先级次优的路由设备为所述备份设备，并确定其他路由设备为所述从属设备。

9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述判断模块具体用于，

当该设备作为所述主设备时，通过双向转发检测BFD检测所述备份设备和所述主设备的上行链路是否出现异常；并在所述从属设备通过BFD检测到所述从属设备的上行链路出现异常时，接收所述从属设备上报的所述从属设备上行链路出现异常的信息；

当该设备作为所述备份设备时，通过BFD检测所述主设备、所述从属设备和所述备份设备的上行链路是否出现异常。

10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述处理模块具体用于， 

当该设备作为所述主设备时，当通过BFD检测到所述备份设备出现异常时，将所述备份设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；当通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述备份设备直接成为新的主设备，并由所述新的主设备将所述主设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；当所述备份设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，将所述备份设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；当所述备份设备通过BFD检测到所述从属设备出现异常时，将出现异常的从属设备置为失效状态；当所述从属设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，将出现异常的从属设备置为失效状态；

当该设备作为所述备份设备时，当所述备份设备通过BFD检测到所述主设备出现异常时，所述备份设备直接成为新的主设备，将所述主设备置为失效状态，并通知各个从属设备重新选举出备份设备；当所述备份设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述主设备将其置为失效状态；当所述备份设备通过BFD检测到所述从属设备出现异常时，通知所述主设备将所述从属设备置为失效状态；

当该设备作为所述从属设备时，当所述从属设备通过BFD检测到自身的上行链路出现异常时，通知所述主设备将其置为失效状态。

11.如权利要求7所述的设备，其特征在于，当该设备作为所述主设备时，

所述处理模块还用于根据所述重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址更新路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系；

所述收发模块还用于，将更新后的路由设备的虚拟MAC地址与主机MAC地址的对应关系通知给所述备份设备。

12.如权利要求7所述的设备，其特征在于，当该设备作为所述主设备时，

所述收发模块还用于，根据所述主机MAC地址向所述主机发送免费地址解析协议ARP报文，所述免费ARP报文中携带了重新分配的接入网络的路由设备的虚拟MAC地址。 

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