TWI581594B - 基於虛擬路由器備援協定的備援系統及其方法 - Google Patents

Description

基於虛擬路由器備援協定的備援系統及其方法

本發明涉及一種備援系統及其方法，特別是透過減少通告封包的傳輸時間間隔及傳輸至虛擬區域網路的次數的一種基於虛擬路由器備援協定的備援系統及其方法。

近年來，工業控制對於網路穩定性的要求日趨嚴格，在實際實施上，通常會搭配備援機制以實現網路穩定性及可靠度。

一般而言，為了使網路穩定可靠，路由器可運行虛擬路由器協定(Virtual Router Redundancy Protocol,VRRP)，將多個路由器視為一個虛擬路由器，並且在這些路由器中選出一個作為主路由器，其餘則作為備援路由器。如此一來，當主路由器異常時，即可由備援路由器取代為主路由器。其中，偵測主路由器是否異常的方式，傳統上是由主路由器持續傳送通告封包至備援路由器，當備援路由器接收不到通告封包時即判斷主路由器異常，然而，此一過程需要耗費相對大量的時間(以VRRP的預設值為例，切換過程至少需3秒)，故具有備援切換效率不佳之問題。

有鑑於此，便有廠商提出透過縮短傳送通告封包的時間間隔以提升備援切換效率。然而，由於此一方式仍然需要將通告封包傳送給每一個虛擬區域網路，所以基於頻寬及時間的考量，可用的虛擬區域網路的數量將受到限制，因此，在提升備援切換效率後仍然存在虛擬區域網路的可用數量有限的問題。

綜上所述，可知先前技術中長期以來一直存在備援切換效率不佳及虛擬區域網路的可用數量有限之問題，因此實有必要提出改進的技術手段，來解決此一問題。

本發明揭露一種基於虛擬路由器備援協定的備援系統及其方法。

首先，本發明揭露一種基於虛擬路由器備援協定的備援系統，應用在網路中的路由器，此系統包含：初始模組、選擇模組、傳輸模組及備援模組。其中，初始模組用以預先從所述路由器中選出主路由器以及備援路由器，其中主路由器及備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路；選擇模組用以分別自主路由器及備援路由器的虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的溝通代表；傳輸模組用以使被選出的主路由器的溝通代表以第一時間間隔持續傳送通告封包至備援路由器的溝通代表，以及以第二時間間隔持續傳送地址解析協定表至備援路由器；以及備援模組用以當備援路由器的溝通代表未在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包時，判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一取代主路由器，當所述備援路由器的溝通代表在第三時間間隔收到來自主路由器的 通告封包時，使選擇模組根據此通告封包的設定參數重新選出另一溝通代表或維持使用所述溝通代表。

另外，本發明揭露一種基於虛擬路由器備援協定的備援方法，應用在網路中的路由器，其步驟包括：預先從所述路由器中選出主路由器以及備援路由器，其中主路由器及備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路；分別自主路由器及備援路由器的虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的溝通代表；被選出的主路由器的溝通代表以第一時間間隔持續傳送通告封包至備援路由器的溝通代表，以及以第二時間間隔持續傳送地址解析協定表至備援路由器；當備援路由器的溝通代表未在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包時，判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一取代主路由器，當所述備援路由器的溝通代表在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包時，根據此通告封包的設定參數選擇重新選出另一溝通代表或維持使用所述溝通代表。

本發明所揭露之系統與方法如上，與先前技術的差異在於本發明是透過預先在各路由器中選出主路由器及備援路由器，所述主路由器及備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路，並且在虛擬區域網路中選擇其中之一作為溝通代表，使主路由器的溝通代表持續傳送通告封包到備援路由器的溝通代表，以及持續傳送地址解析協定表至備援路由器，當備援路由器的溝通代表未收到通告封包時，即判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常並取代主路由器。

透過上述的技術手段，本發明可以達成提升備援切換效率及虛擬區域網路的可用數量之技術功效。

10‧‧‧環狀網路

20‧‧‧線狀網路

100‧‧‧路由器

100a、100b‧‧‧路由器

110‧‧‧初始模組

120‧‧‧選擇模組

130‧‧‧傳輸模組

140‧‧‧備援模組

150‧‧‧交換器

310‧‧‧虛擬路由器

410‧‧‧主路由器

420‧‧‧備援路由器

步驟210‧‧‧預先從所述路由器中選出一主路由器以及至少一備援路由器，其中該主路由器及所述備援路由器包含一權重值及具有相同路由路徑的至少一虛擬區域網路

步驟220‧‧‧分別自該主路由器及所述備援路由器的所述虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的一溝通代表

步驟230‧‧‧被選出的該主路由器的該溝通代表以一第一時間間隔持續傳送一通告封包至所述備援路由器的該溝通代表，以及以一第二時間間隔持續傳送一地址解析協定表至所述備援路由器

步驟240‧‧‧當所述備援路由器的該溝通代表未在一第三時間間隔收到來自該主路由器的該通告封包時，判斷為該主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據該權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一取代該主路由器

步驟250‧‧‧當所述備援路由器的該溝通代表在該第三時間間隔收到來自該主路由器的該通告封包時，根據該通告封包的一設定參數選擇重新選出另一溝通代表或維持使用該溝通代表

第1圖為本發明基於虛擬路由器備援協定的備援系統之系統方塊圖。

第2圖為本發明基於虛擬路由器備援協定的備援方法之方法流程圖。

第3圖為本發明基於虛擬路由器備援協定的備援方法之另一實施例之方法流程圖。

第4圖為應用本發明的路由器作為虛擬路由器及其備援之示意圖。

第5圖為應用本發明傳送通告封包及位址解析協定表之示意圖。

第6圖為應用本發明於線狀網路之示意圖。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。

在說明本發明所揭露之基於虛擬路由器備援協定的備援系統及其方法之前，先對本發明所應用的環境作說明，本發明應用在網路中的路由器，所述網路並未限定任何類型，只要路由器的連接埠上的虛擬區域網路設定一致，無論是環狀網路或線狀網路等等皆可適用本發明。在實際實施上，這些路由器可整體視為一個虛擬路由器，並且使用一個虛擬IP作為提供服務的路由IP，此外，這些路由器同一時間只會有一個做為主(Master)路由器，其餘的路由器則作為備援(Backup)路由器，當主路由器故障時，其中一個備援路由器會取 代主路由器，以便繼續提供服務，而這個機制是透過虛擬路由器備援協定來實現。要補充說明的是，所述環狀網路還可連接至具冗餘處理能力的鏈狀網路，所述鏈狀網路包含頭端交換器及尾端交換器，其中，頭端交換器透過頭端連接埠與所述環狀網路連接；尾端交換器透過尾端連接埠與所述環狀網路連接。

以下配合圖式對本發明基於虛擬路由器備援協定的備援系統及其方法做進一步說明，請先參閱「第1圖」，「第1圖」為本發明基於虛擬路由器備援協定的備援系統之系統方塊圖，其應用在具有多個路由器100的網路環境(如：環狀網路10)中，此系統包含：初始模組110、選擇模組120、傳輸模組130及備援模組140。其中，初始模組110用以預先從所述路由器100中選出主路由器以及備援路由器，所述主路由器及備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路。假設有二個路由器100，第一個路由器100包含的權重值為「100」以及具有多個相同路徑虛擬區域網路，如：VLAN名稱分別為「V1」、「V2」及「V3」等等；第二個路由器100包含的權重值為「254」以及同樣具有多個相同路徑虛擬區域網路，如：VLAN名稱同樣分別為「V1」、「V2」及「V3」等等。此時，初始模組110可根據各路由器100之權重值的大小在這些路由器100中選出主路由器及備援路由器，例如：將權重值大的第二個路由器100作為主路由器，以及將權重值小的第一個路由器100作為備援路由器。要補充說明的是，環狀網路10中除了路由器100之外還可包含交換器150等網路通訊設備。

選擇模組120用以從主路由器及所述備援路由器的虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的溝通代表。在實際實施上，選擇作為溝通代表的虛擬區域網路之方式可透過預先設定的方式實現。以上例而言，可預先設定第一個虛擬區域網路(例如：VLAN名稱為「V1」)為溝通代表，用以代表此路由 器上的所有虛擬區域網路，如：VLAN名稱為「V2」、VLAN名稱為「V3」等等，這是因為所有虛擬區域網路具有相同路由路徑，當其中一個虛擬區域網路異常時，同時也代表所有虛擬區域網路異常。如此一來，主路由器的溝通代表即為VLAN名稱為「V1」的虛擬區域網路；備援路由器的溝通代表亦為VLAN名稱為「V1」的虛擬區域網路。其中，主路由器的溝通代表可視為「主要(Master)」，而所有備援路由器的溝通代表可視為「備援(Backup)」。

傳輸模組130用以使被選出的主路由器的溝通代表以第一時間間隔持續傳送(例如：每25毫秒傳送一次)通告封包(Advertisement packet)至所述備援路由器的溝通代表，以及以第二時間間隔持續傳送(例如：每10秒傳送一次)地址解析協定(Address Resolution Protocol,ARP)表至所述備援路由器。由於統一由主路由器的溝通代表傳送通告封包至備援路由器，其可有效減少傳統傳送通告封包的數量(傳統上，當存在眾多虛擬區域網路時，每一個備援的虛擬區域網路均會收到主路由器傳送的通告封包)。另外，由於主路由器持續傳送位址解析協定表至備援路由器，其可使用單一路由器100來幫助其他路由器100建立路由表，有助於節省建立路由表的時間及其過程所佔用的網路頻寬。

備援模組140用以當所述備援路由器的溝通代表未在第三時間間隔(例如：每隔75毫秒)收到來自主路由器的通告封包時，即判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一取代主路由器，舉例來說，當判斷為主路由器的所有虛擬區網路異常時，在所述備援路由器中選擇權重值最大者作為新的主路由器並取代原本的主路由器。在實際實施上，所述第三時間間隔可設為所述第一時間間隔的整數倍，另外，當備援路由器的溝通代表在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包 時，還可使選擇模組120根據此通告封包的設定參數重新選出另一溝通代表或維持使用當前的溝通代表。舉例來說，假設設定參數為數值「1」可代表需重新選出另一溝通代表；設定參數為數值「0」可代表維持使用當前的溝通代表。

接著，請參閱「第2圖」，「第2圖」為本發明基於虛擬路由器備援協定的備援方法之方法流程圖，其應用在具有多個路由器100的網路環境(如：環狀網路10)中，其步驟包括：預先從所述路由器100中選出主路由器以及備援路由器，其中主路由器及所述備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路(步驟210)；分別自主路由器及備援路由器的虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的溝通代表(步驟220)；被選出的主路由器的溝通代表以第一時間間隔持續傳送通告封包至所述備援路由器的溝通代表，以及以第二時間間隔持續傳送地址解析協定表至所述備援路由器(步驟230)；當所述備援路由器的溝通代表未在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包時，判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一以取代主路由器(步驟240)。透過上述步驟，即可透過預先在各路由器100中選出主路由器及備援路由器，所述主路由器及備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路，並且在虛擬區域網路中選擇其中之一作為溝通代表，使主路由器的溝通代表持續傳送通告封包到備援路由器的溝通代表，以及持續傳送地址解析協定表至備援路由器，當備援路由器的溝通代表未收到通告封包時，即判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常並取代主路由器。特別要說明的是，在實際實施上，步驟210及步驟220並無一定先後順序，換句話說，由於路由器的連接埠上設定一致(具有相同路由路徑的虛擬區域網 路)，因此亦可分別在各路由器中先選擇其中一個虛擬區域網路作為相應的溝通代表後再選出主路由器及備援路由器。

另外，請參閱「第3圖」，「第3圖」為本發明基於虛擬路由器備援協定的備援方法之另一實施例之方法流程圖，其與上述「第2圖」的方法流程大同小異，其差異僅在於步驟230之後，當所述備援路由器的溝通代表在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包時，可根據通告封包的設定參數選擇重新選出另一溝通代表或維持使用原本的溝通代表(步驟250)。舉例來說，假設設定參數為「T；2」，其中「T」可代表需重新選出另一溝通代表；「2」可代表將第二個虛擬區域網路設為溝通代表。假設設定參數為「F」則可代表維持使用當前的溝通代表。

以下配合「第4圖」至「第6圖」以實施例的方式進行如下說明，請先參閱「第4圖」，「第4圖」為應用本發明的路由器作為虛擬路由器及其備援之示意圖。在此例中，環狀網路10中同時存在二個應用本發明的路由器(100a、100b)以及多個交換器150。其中，這二個路由器(100a、100b)除了本身各自具有相應的實體IP之外，還可共同視為一個虛擬路由器310，並且具有相應的虛擬IP。對於交換器150而言，其僅需得知虛擬IP即可與虛擬路由器310相互通訊而不需得知路由器(100a、100b)的實體IP。在實際實施上，可透過虛擬路由器協定來實現虛擬路由器310的基本設置，例如：權重值及虛擬區域網路的設置，亦可在這二個路由器(100a、100b)中選出主路由器及備援路由器，例如：路由器100a作為主路由器、路由器100b作為備援路由器。由於選出主路由器及備援路由器的方式係基於虛擬路由器協定，故在此不再多作贅述。

接下來，當主路由器及備援路由器被選出後，將從主路由器的虛擬區域網路(如：VLAN V1、V2、V3......)中選擇其一作為主路由器的溝通代表，以及在備援路由器的虛擬區域網路(如：VLAN V1、V2、V3......)中選擇其一作為備援路由器的溝通代表。然後，被選出的主路由器的溝通代表會以第一時間間隔，如：每隔25毫秒，發送一個通告封包至備援路由器以告知其狀態為正常，並且以第二時間間隔，如：每隔10秒，發送地址解析協定表(ARP Table)至備援路由器，以便在備援路由器取代主路由器時，節省其重新建立地址解析協定表的時間。

承上所述，當備援路由器的溝通代表未在第三時間間隔收到來自主路由器的通告封包時，表示主路由器的溝通代表已經無法正常傳送通告封包，故判斷為異常，由於主路由器的所有虛擬區域網路皆為相同路由路徑，當主路由器的溝通代表異常也表示主路由器的所有虛擬區域網路異常，因此，將根據權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一來取代主路由器，例如：路由器100b取代路由器100a作為主路由器。特別要說明的是，不管虛擬路由器310中哪一個路由器(100a、100b)作為主路由器，對交換器150而言皆視為同一個路由器所以並無差別。

如「第5圖」所示意，「第5圖」為應用本發明傳送通告封包及位址解析協定表之示意圖。具體而言，應用本發明的路由器與傳統使用虛擬路由器協定的路由器，兩者之間的差異在於傳送通告封包及傳送位址解析協定表等部分。如「第5圖」所示意，主路由器410及備援路由器420傳送通告封包不再傳給每一個虛擬區域網路(如：VLAN V1、V2、V3......)，而是僅以第一時間間隔持續傳送一個通告封包至備援路由器420中代表這些虛擬區域網路的其中一 個虛擬區域網路(即：溝通代表)，藉由此方式減少傳送通告封包的數量，並且為了使備援路由器420能夠在主路由器410異常後快速地進行取代，故將第一時間間隔由每1秒調整為每25毫秒傳送一次通告封包。接著，為了避免備援路由器420取代主路由器410後，需要耗費大量時間重新學習以建立位址解析協定表，因此，主路由器410還會以第二時間間隔，如：每隔10秒，傳送一次主路由器410的位址解析協定表至備援路由器420。如此一來，即可實現縮短偵測到主路由器410失效的時間、取代主路由器410後的系統恢復時間以及提高支援的虛擬區域網路的數量。

請參閱「第6圖」，「第6圖」為應用本發明於線狀網路之示意圖。前面提到，只要路由器100的連接埠上的虛擬區域網路設定一致，無論是環狀網路或線狀網路等等皆可適用本發明。因此，在實際實施上，除了應用在如「第1圖」所示意的環狀網路10之外，還可應用在「第6圖」所示意的線狀網路20。其中，線狀網路20可由至少二台路由器100及數量不等的交換器150所組成。特別要說明的是，本發明所述的路由器100亦可使用第三層交換器(Layer 3 Switch)取代，中間的交換器150則為第二層交換器(Layer 2 Switch)。

綜上所述，可知本發明與先前技術之間的差異在於透過預先在各路由器中選出主路由器及備援路由器，所述主路由器及備援路由器包含權重值及具有相同路由路徑的虛擬區域網路，並且在虛擬區域網路中選擇其中之一作為溝通代表，使主路由器的溝通代表持續傳送通告封包到備援路由器的溝通代表，以及持續傳送地址解析協定表至備援路由器，當備援路由器的溝通代表未收到通告封包時，即判斷為主路由器的所有虛擬區域網路異常並取代主路由 器，藉由此一技術手段可以解決先前技術所存在的問題，進而達成提升備援切換效率及虛擬區域網路的可用數量之技術功效。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧環狀網路

100‧‧‧路由器

110‧‧‧初始模組

120‧‧‧選擇模組

130‧‧‧傳輸模組

140‧‧‧備援模組

150‧‧‧交換器

Claims (8)

1. 一種基於虛擬路由器備援協定的備援系統，應用在具有多個路由器的網路環境中，該系統包含：一初始模組，用以預先從所述路由器中選出一主路由器以及至少一備援路由器，其中該主路由器及所述備援路由器包含一權重值及具有相同路由路徑的至少一虛擬區域網路；一選擇模組，用以自該主路由器及所述備援路由器的所述虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的一溝通代表；一傳輸模組，用以使被選出的該主路由器的該溝通代表以一第一時間間隔持續傳送一通告封包至所述備援路由器的該溝通代表，以及以一第二時間間隔持續傳送一地址解析協定表至所述備援路由器；以及一備援模組，用以當所述備援路由器的該溝通代表未在一第三時間間隔收到來自該主路由器的該通告封包時，判斷為該主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據該權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一取代該主路由器，當所述備援路由器的該溝通代表在該第三時間間隔收到來自該主路由器的該通告封包時，使該選擇模組根據該通告封包的一設定參數重新選出另一溝通代表或維持使用該溝通代表。
2. 根據申請專利範圍第1項之基於虛擬路由器備援協定的備援系統，其中該第一時間間隔預設為25毫秒，該第二時間間隔預設為10秒，該第三時間間隔預設為該第一時間間隔的整數倍。
3. 根據申請專利範圍第1項之基於虛擬路由器備援協定的備援系統，其中選出該主路由器及所述備援路由器係根據該權重值的大小，該權重值大的路由器作為該主路由器，該權重值小的路由器作為所述備援路由器。
4. 根據申請專利範圍第1項之基於虛擬路由器備援協定的備援系統，其中當判斷為該主路由器的所有虛擬區網路異常時，在所述備援路由器中選擇該權重值最大者取代該主路由器。
5. 一種基於虛擬路由器備援協定的備援方法，應用在具有多個路由器的網路環境中，其步驟包括：預先從所述路由器中選出一主路由器以及至少一備援路由器，其中該主路由器及所述備援路由器包含一權重值及具有相同路由路徑的至少一虛擬區域網路；分別自該主路由器及所述備援路由器的所述虛擬區域網路中選擇其中之一作為相應的一溝通代表；被選出的該主路由器的該溝通代表以一第一時間間隔持續傳送一通告封包至所述備援路由器的該溝通代表，以及以一第二時間間隔持續傳送一地址解析協定表至所述備援路由器；以及當所述備援路由器的該溝通代表未在一第三時間間隔收到來自該主路由器的該通告封包時，判斷為該主路由器的所有虛擬區域網路異常，並且根據該權重值自所述備援路由器中重新選出其中之一取代該主路由器，當所述備援路由器的該溝通代表在該第三時間間隔收到來自該主路由器的該通告封包時，根據該通告封 包的一設定參數選擇重新選出另一溝通代表或維持使用該溝通代表。
6. 根據申請專利範圍第5項之基於虛擬路由器備援協定的備援方法，其中該第一時間間隔預設為25毫秒，該第二時間間隔預設為10秒，該第三時間間隔預設為該第一時間間隔的整數倍。
7. 根據申請專利範圍第5項之基於虛擬路由器備援協定的備援方法，其中選出該主路由器及所述備援路由器係根據該權重值的大小，該權重值大的路由器作為該主路由器，該權重值小的路由器作為所述備援路由器。
8. 根據申請專利範圍第5項之基於虛擬路由器備援協定的備援方法，其中當判斷為該主路由器的所有虛擬區網路異常時，在所述備援路由器中選擇該權重值最大者取代該主路由器。