CN105306360A - 一种实现vrrp组管理的方法及装置 - Google Patents

一种实现vrrp组管理的方法及装置 Download PDF

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本发明公开了一种实现VRRP组管理的方法及装置，本发明方法的具体实现步骤包括创建至少一个虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组；将系统中具有相同组成员的多个VRRP组加入到同一个VRRP汇聚组，并任命其中任意一个VRRP组为组长VRRP组；当判断同一VRRP汇聚组中各非组长VRRP组成员状态与组长VRRP组对应成员状态不一致时，初始化同一个VRRP汇聚组中每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态一致。本发明还提供一种实现VRRP组管理的装置，本发明使所有同属一个VRRP汇聚组的VRRP成员状态切换一致，减小每个VRRP组处理状态机时所带来的资源占用；通过处理少量VRRP汇聚组报文，减小网络和设备的报文处理压力；通过VRRP汇聚组报文毫秒级周期，降低了切换所带来的时延。

Description

一种实现VRRP组管理的方法及装置
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种实现对VRRP组进行管理的方法及装置。
背景技术
当前，人们对网络可靠性要求越来越高，在能够保证终端用户与网络的连接可靠、稳定、不中断的前提下，VRRP(虚拟路由器冗余协议)的使用已经非常的普及，特别是在一些大型的应用场景中，配置的VRRP组数较多，根据标准VRRP协议规定，每个VRRP组在默认每1秒的情况下，发送一个VRRP的保活通告报文，如果在上述的场景下，就会在每1秒的情况下，发送成百上千的保活报文，这不仅对网络形成压力，同时也会对VRRP组成员设备的性能形成压力，如果设备上还配置有其他的协议，可能就会导致VRRP保活报文处理延时，从而使得设备间的VRRP形成切换振荡，最终导致大量报文丢失。
另外，当在一个接口上配置多个VRRP组后，这些互为备份的VRRP组其实在状态切换、响应接口事件等行为上是极为相似的，但是在实际工作中，这些VRRP组确都是各自发送各自的协议报文，标准VRRP组包含initialize初始状态、master状态、backup状态，且在这三种状态下的行为：initialize初始状态：除响应启动事件外，不作任何操作。master状态：添加ARP信息，以此响应对虚拟路由器IP地址的ARP请求；负责转发经过虚拟IP的相关报文；添加VRRP通告定时器，周期性发送VRRP协议通告报文，接收VRRP协议通告报文；当由其它状态切换为master的时候，发送免费ARP报文。backup状态：添加超时定时器；接收并处理VRRP协议通告报文。如果配置的VRRP组很多的情况下，会产生极大的报文量，严重时可能会影响到设备的性能。VRRP组的管理方面，如果用户配置了众多包括不同成员的VRRP组混合在一起的，管理上极不方便。
以图1所示为例，有两台设备SW_1和SW_2(此处是为了方便说明而举的例子，在实际应用中，配置的VRRP组会更多，而且所包含的成员设备也会更多)，创建VRRP两台设备上均配置了5个VRRP组(依次是group1-group5)，即5个VRRP组的都含有相同的两个成员。在group1、group3、group5中设备SW_1为master状态，在group2、group4中设备SW_1为backup状态；但在group1、group3、group5中设备SW_2为backup状态，在group2、group4为中设备SW_2master状态。有5台终端分别以这5个VRRP组的虚地址为自己的网关，两台设备间在每周期内将会交互5个VRRP通告报文，在设备SW_1上发送3个通告报文，同时接收2个通告报文；在设备SW_2上发送2个通告报文，同时接收3个通告报文。如果VRRP组的数量持续增加，那么报文量和设备处理报文所消耗的资源还是很可观的，这就可能导致频繁切换、丢包、或业务不通等严重问题。
而且，在切换方面，由于每个VRRP组都需要处理报文响应后再作出切换的动作，并且一般VRRP组的最小切换超时时间为3秒，这样不仅切换的动作会延续一段时间，而且VRRP组在切换时也要花费大量的CPU资源来应对，所造成的后果可能是严重丢包、业务中断等。
发明内容
本发明提供了一种实现VRRP组管理的方法及装置，用以解决多个成员相同的VRRP组在状态切换、响应接口事件等VRRP组管理过程中消耗时间，浪费资源且不易于管理的问题。
为实现上述目的，本发明的主要目的在于提供一种实现VRRP组管理的方法，该方法的具体实现步骤为：
创建至少一个虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组；将系统中具有相同组成员的多个VRRP组加入到同一个VRRP汇聚组，并任命其中任意一个VRRP组为组长VRRP组；当判断同一VRRP汇聚组中各非组长VRRP组成员状态与组长VRRP组对应成员状态不一致时，初始化同一个VRRP汇聚组中每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态一致。
进一步地，所述方法还包括：对同一个VRRP汇聚组，仅启动组长VRRP组中各成员的状态机维护。
进一步地，所述仅启动组长VRRP组中各成员的状态机维护，具体包括：组长VRRP组的组成员按照自定义的小于标准VRRP定义的通告周期时间，采用区别于标准VRRP通告报文的报文类型实现各成员的状态机维护。
进一步地，所述VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现。
进一步地，所述VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现，具体包括：所有VRRP汇聚组采用数组来组织，每个VRRP汇聚组下以链表形式保存其所包括的组长VRRP组和非组长VRRP组，链表中还保存有用于表示VRRP组是组长还是非组长的标识信息。
进一步地，初始化同一个VRRP汇聚组中每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态一致，包括：先将每个非组长VRRP组各成员的状态转换为initialize初始状态，再将其状态转换为和组长VRRP组中对应成员的状态一致。
本发明的又一目的还在于，提供一种实现VRRP组管理的装置，所述装置包括：
配置模块，用于创建虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组，并将本装置上各VRRP成员接口所属的具有相同组成员的多个VRRP组加入到同一个VRRP汇聚组，并配置其中任意一个VRRP组为组长VRRP组；
同步模块，用于对本装置上属于同一VRRP汇聚组的VRRP组依次进行遍历，将每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态同步为一致。
进一步地，所述装置还包括交互模块，
所述交互模块，用于启动本装置上VRRP汇聚组中属于组长VRRP组成员的状态机维护。
进一步地，所述交互模块具体用于，隶属于组长VRRP组的成员接口按照自定义的小于标准VRRP定义的通告周期时间，采用区别于标准VRRP通告报文的报文类型实现本VRRP组各成员的状态机维护。
进一步地，所述VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现，具体包括：所有VRRP汇聚组采用数组来组织，每个VRRP汇聚组下以链表形式保存其所包括的组长VRRP组和非组长VRRP组，链表中还保存有用于表示VRRP组是组长还是非组长的标识信息。
本发明提供的一种实现VRRP组管理的方法及装置使所有同属一个VRRP汇聚组的VRRP成员状态切换一致，减小每个VRRP组处理状态机时所带来的资源占用；通过处理少量VRRP汇聚组报文，减小网络和设备的报文处理压力，通过VRRP汇聚组报文毫秒级周期，降低了切换所带来的时延。
附图说明
图1是VRRP组应用场景图；
图2是本发明实施例实现VRRP组管理的方法流程图；
图3是本发明实施例VRRP汇聚组数据结构示意图；
图4是本发明实施例实现VRRP组管理装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚明白，现结合附图对本发明做进一步详细说明：
如图2所示，为本发明实施例提供的一种实现VRRP组管理的方法，该方法的具体实现步骤为：
S101、创建至少一个虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组。本发明实施例中的VRRP汇聚组在全局模式下配置，不属于接口下的配置。VRRP汇聚组创建之初为空，需要添加VRRP组才能工作。
S102、将系统中具有相同成员的多个VRRP组加入到该VRRP汇聚组。
S103、任命其中任意一个VRRP组为组长VRRP组。每个VRRP汇聚组有且仅有一个组长VRRP组，组长VRRP组负责整个VRRP汇聚组的状态、报文处理等，即VRRP汇聚组的状态机由组长VRRP组来决定。组长VRRP组的状态转移在加入VRRP汇聚组前后没有变化，只是提高了组长VRRP组通告报文的发送频率，即减小了VRRP汇聚组通告的周期时间。
图3为本发明实施例采用的VRRP汇聚组的数据结构，VRRP汇聚组由VRRP的全局结构来控制，采用数组的形式来决定最大可配置汇聚组的范围。VRRP汇聚组结构vrrp_agg下挂VRRP组vrrp_router，vrrp_router中的vc_flags标识其为组长VRRP组或非组长VRRP组的身份，组长VRRP组或非组长VRRP组在VRRP汇聚组内以链表的形式呈现。
vrrp_info：VRRP全局数据结构，包括VRRP全局定时和VRRPARP链表。
vrrp_intf：VRRP接口数据结构，每个配置VRRP组的接口都对应一个该结构。
vrrp_router：VRRP组数据结构，每个VRRP组对应一个该结构，记录VRRP组配置信息等。其中，vc_grid记录其所加入VRRP汇聚组ID，vc_flags中记录了VRRP组是否以组长身份加入VRRP汇聚组。
vg_agg：VRRP汇聚组数据结构，每个VRRP汇聚组对应一个该结构。VRRP汇聚组中所有成员VRRP组以双向链表方式组织。
vg_timer：VRRP全局定时器，VRRP任务通过select被定时唤醒。
vg_arp：VRRP全局ARP链表，当VRRP组处于master状态时，需要响应对虚拟IP的ARP请求，该链表保存了虚拟IP对应ARP信息。
S104、当判断同一VRRP汇聚组中各非组长VRRP组成员状态与组长VRRP组对应成员状态不一致时，初始化同一个VRRP汇聚组中每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态一致。VRRP组以非组长身份加入到VRRP汇聚组后，非组长VRRP组先将自身状态转换为initialize初始状态，再将状态转换为和组长VRRP组的状态一致。加入到VRRP汇聚组后的非组长VRRP组不再发送通告报文，不再设定通告定时器或超时定时器，其自身的状态变化完全依赖于组长VRRP组成员的状态。
VRRP汇聚组组建完成后，由组长VRRP组负责发送和接收VRRP协议通告报文，组长VRRP组发送的通告报文与标准VRRP通告报文的主要区别是报文类型的定义，本发明实施通告报文的格式见下表。
表1
本实施例中的通告报文格式没有对标准VRRP标准通告报文格式进行调整，主要修改了Type字段的定义，并增加了一个VRRP汇聚组通告周期时间。上述报文格式中，各字段的定义如下：
Version：VRRP协议版本号。
Type：VRRP报文类型，报文类型等于1，表示发送的标准VRRP协议通告报文；报文类型等于2，表示本发明实施例属于VRRP汇聚组的组长VRRP组成员发送的非标准VRRP协议通告报文。
VRID：VirtualRouterIdentifier，接口配置的VRID。
Priority：优先级，接口上配置的priority。拥有虚拟IP地址的路由器的priority等于255，其余路由器只能为1～254，缺省是100。
CountIPAddr：虚拟IP地址的个数，一般等于1。
AuthType：认证类型，0－无认证，AuthData字段全为0；1－简单文本认证；2－MD5认证。
AdverInterval：VRRP通告报文发送周期时间，单位为s。当type字段为1时，该字段有效。
Aggadv_interval：VRRP汇聚组通告周期时间，单位为ms。当type字段为2时，该字段有效。该字段为本发明实施例新定义的字段。建议配置区间为10～30000ms，例如本发明默认定义为20ms。本发明实施例中的该字段的位置仅仅是用于举例，具体实现时不限于表1所示的定义方式。
IPAddress：虚拟IP地址。
Checksum：整个VRRP报文的校验和。
AuthData：最多8个字符，不足8个补0。
本发明实施例由于只有组长VRRP组负责报文的处理，所以对于报文的发送和接收还是沿用原有的机制，这样有助于提高代码的复用率。加入到VRRP汇聚组后，组长VRRP组进行一些影响行为的配置，如优先级的改变、通告报文时间设定、track功能、抢占功能等，非组长VRRP组不再生效这些配置。
为了进一步对本发明的理解，下面进一步阐述VRRP组加入到VRRP汇聚组后，组长VRRP组成员及非组长VRRP组成员的状态转换分别为：
1、组长VRRP组成员的状态转换为：
initialize初始状态：当收到一个开始事件，且配置的真实IP与虚拟IP相等，则从initialize初始状态转换成master状态；当收到一个开始事件，且配置的真实IP与虚拟IP不相等，则从initialize初始状态转换成backup状态。
master状态：当收到一个关闭事件或者加入汇聚组，则从master状态转换成initialize初始状态；当收到一个优先级比自己高或优先级相同且首IP地址比本地IP地址大的通告报文，则master状态转换成backup状态。
backup状态：当收到一个关闭事件或加入汇聚组，则从backup状态转换成initialize初始状态；当收到master_down_timer超时定时器超时，则从backup状态转换成master状态。
2、非组长VRRP组成员的状态转换为：
initialize初始状态：当收到一个开始事件且汇聚组状态为master状态，则从initialize初始状态转换成master状态；当收到一个开始事件且汇聚组状态为backup状态，则从initialize初始状态转换成backup状态。
master状态：当收到一个关闭事件或者汇聚组状态转换为initialize初始状态，则从master状态转换成initialize初始状态；当汇聚组状态转换为backup状态，则从master状态转换成backup状态。
backup状态：当收到一个关闭事件或汇聚组状态转换为initialize初始状态，则从backup状态转换成initialize初始状态；当汇聚组状态转换为master状态，则从backup状态转换成master状态。
如图4所示，本发明实施例还提供了实现上述方法的实现VRRP组管理的装置，该装置提供配置VRRP组的成员接口，至少包含：
配置模块，创建虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组，并将本装置上各VRRP成员接口所属的具有相同组成员的多个VRRP组加入到同一个VRRP汇聚组，并配置其中任意一个VRRP组为组长VRRP组。
同步模块，用于对本装置上属于同一VRRP汇聚组的VRRP组依次进行遍历，将每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态同步为一致。VRRP汇聚组组成员的状态具体转换流程同方法部分的相应内容，此处不再赘述。
交互模块，用于启动本装置上VRRP汇聚组中属于组长VRRP组成员的状态机维护。具体包含对隶属于组长VRRP组的成员接口按照自定义的小于标准VRRP定义的通告周期时间，采用区别于标准VRRP通告报文的报文类型实现本VRRP组各成员的状态机维护。
在本装置中，VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现，具体包括：所有VRRP汇聚组采用数组来组织，每个VRRP汇聚组下以链表形式保存其所包括的组长VRRP组和非组长VRRP组，链表中还保存有用于表示VRRP组是组长还是非组长的标识信息。其中涉及的VRRP报文通告周期时间、报文类型及VRRP汇聚组的数据结构参见上述方法部分的相应内容，此处不再赘述。
以下结合图1，对本发明的技术方案以及技术效果进行详细说明。在设备上SW_1和SW_2依次配置group1-group5共5个VRRP汇聚组，因为group1、group3、group5均包括相同的成员SW_1和SW_2,且在每个VRRP组中，组成员的状态相同(SW_1为Master，SW_2为Backup)，可以将它们放到VRRP汇聚组1中，并任命group1为组长，group3、group5的身份为非组长；同理，我们将group2、group4放到VRRP汇聚组2中，任命group2为组长，group4为非组长。两个VRRP汇聚组配置完成，由于VRRP汇聚组中只有组长VRRP组负责报文的处理，所以采用VRRP汇聚组后，报文的交互量从原来的5个减小到2个，当有更多的VRRP组加入到这两个VRRP汇聚组时，就会极大的减小报文量和减少报文处理的流程。且在切换时间上，假如设定发送VRRP汇聚组报文的最小周期为20毫秒，所以在本实施例中的理论上切换的超时时间在60毫秒左右，这和标准的最小3秒相比也是一次极大的提升。
本发明还有一种实现方式，同时将group1-group5放到同一个VRRP汇聚组，并任命group1为组长，其余VRRP组的身份为非组长VRRP组，由于两台设备在group2、group4中的状态与在组长上group1上的状态不一致，需要分别将SW_1在group2和group4中的Backup状态转换成SW_1在组长group1的Master状态一致，同理需要将SW_2在group2和group4中的Master状态转换成SW_2在组长group1的Backup状态一致。VRRP汇聚组配置完成，由于VRRP汇聚组中只有组长VRRP组负责报文的处理，所以采用VRRP汇聚组后，报文的交互量从原来的5个减小到1个，当有更多的VRRP组加入到这两个VRRP汇聚组时，就会极大的减小报文量和减少报文处理的流程。且在切换时间上，假如设定发送VRRP汇聚组报文的最小周期为10毫秒，所以在本实施例中理论上切换的超时时间在30毫秒左右。
在本发明中，使所有同属一个VRRP汇聚组的成员VRRP组状态切换一致，减小每个VRRP组处理状态机时所带来的资源占用；通过处理少量汇聚组报文，减小网络和设备的报文处理压力；通过VRRP汇聚组报文毫秒级周期，降低了切换所带来的时延。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请的保护范围，凡在本申请技术方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。因此本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种实现VRRP组管理的方法，其特征在于，该方法的具体实现步骤为：
创建至少一个虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组；将系统中具有相同组成员的多个VRRP组加入到同一个VRRP汇聚组，并任命其中任意一个VRRP组为组长VRRP组；当判断同一VRRP汇聚组中各非组长VRRP组成员状态与组长VRRP组对应成员状态不一致时，初始化同一个VRRP汇聚组中每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态一致。
2.根据权利要求1所述的实现VRRP组管理的方法，其特征在于，所述方法还包括：对同一个VRRP汇聚组，仅启动组长VRRP组中各成员的状态机维护。
3.根据权利要求2所述的实现VRRP组管理方法，其特征在于，所述仅启动组长VRRP组中各成员的状态机维护，具体包括：组长VRRP组的组成员按照自定义的小于标准VRRP定义的通告周期时间，采用区别于标准VRRP通告报文的报文类型实现各成员的状态机维护。
4.根据权利要求1所述的实现VRRP组管理的方法，其特征在于，所述VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现。
5.根据权利要求4所述的实现VRRP组管理方法，其特征在于，所述VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现，具体包括：所有VRRP汇聚组采用数组来组织，每个VRRP汇聚组下以链表形式保存其所包括的组长VRRP组和非组长VRRP组，链表中还保存有用于表示VRRP组是组长还是非组长的标识信息。
6.根据权利要求1-5任一项所述的实现VRRP组管理的方法，其特征在于，初始化同一个VRRP汇聚组中每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态一致，包括：先将每个非组长VRRP组各成员的状态转换为initialize初始状态，再将其状态转换为和组长VRRP组中对应成员的状态一致。
7.一种实现VRRP组管理的装置，其特征在于，所述装置包括：
配置模块，用于创建虚拟路由器冗余协议VRRP汇聚组，并将本装置上各VRRP成员接口所属的具有相同组成员的多个VRRP组加入到同一个VRRP汇聚组，并配置其中任意一个VRRP组为组长VRRP组；
同步模块，用于对本装置上属于同一VRRP汇聚组的VRRP组依次进行遍历，将每个非组长VRRP组的各成员与组长VRRP组的对应成员的状态同步为一致。
8.根据权利要求7所述的实现VRRP组管理的装置，其特征在于，所述装置还包括交互模块，
所述交互模块，用于启动本装置上VRRP汇聚组中属于组长VRRP组成员的状态机维护。
9.根据权利要求8所述的实现VRRP组管理的装置，其特征在于，所述交互模块具体用于，隶属于组长VRRP组的成员接口按照自定义的小于标准VRRP定义的通告周期时间，采用区别于标准VRRP通告报文的报文类型实现本VRRP组各成员的状态机维护。
10.根据权利要求8所述的实现VRRP组管理的装置，其特征在于，所述VRRP汇聚组由VRRP定义的全局变量来实现，具体包括：所有VRRP汇聚组采用数组来组织，每个VRRP汇聚组下以链表形式保存其所包括的组长VRRP组和非组长VRRP组，链表中还保存有用于表示VRRP组是组长还是非组长的标识信息。
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