基于负载均衡的VRRP协议的研究与实现

摘要

在Internet技术快速发展的时代里，用户对网络的依赖性越来越大，进而对网络的高可用性技术的需求也随着增加。虚拟路由器冗余协议无疑是提高网关高可用性的最佳方法。该协议将一组网关设备在逻辑上虚拟化为一台网关设备，对外发布一个虚拟IP地址，其中一台网关设备出现故障时，不会影响用户与外界的通信，解决了默认网关存在的单点故障的问题。
　　虚拟网关冗余协议虽然能够避免在配置缺省路由环境下存在的单点故障的问题，但是由于一组设备里面，只允许一台设备进行流量的转发，其他设备均作为备份，极大的浪费了网络资源。本文在对虚拟路由器冗余协议（VirtualRouterRedundacyProtocol，VRRP）分析研究的基础上，提出了一种既能实现网关冗余备份又能实现负载均衡的方案，极大的提高了资源的利用率。
　　论文主要完成了以下工作：
　　①研究思科HSRP（HotStandbyRouterProtocol，热备份路由器协议）和GLBP（GatewayLoadBanlancingProtocol，网关负载均衡协议）协议，提出了一种实现负载均衡的思想：备份组对外发布的虚拟IP地址对应多个虚拟MAC地址，其中每台设备分配一个虚拟MAC地址，并且根据自身的虚拟MAC地址生成一个虚拟转发器。使得局域网内用户的流量能够通过每台设备的虚拟转发器与外界进行通信。
　　②研究虚拟路由器冗余协议，分析其实现网关冗余备份的原理。
　　③通过对虚拟路由器冗余协议的研究，在VRRP协议报文后面添加Option字段，增加协议报文类型；依据VRRP协议状态机的运作原理，新增定时器类型和虚拟转发器状态机，两种状态机相互配合运作，实现虚拟转发器实例的冗余备份的功能。
　　④研究负载均衡调度算法，提出了一种基于基于虚拟MAC地址Hash静态负载均衡调度策略。使系统在不与其他模块联动时，能够更好达到负载均衡的效果。
　　⑤依据上述思想和算法，运用软件工程方法，进行需求分析，设计出系统的总体框架。并且对功能模块和数据结构进行详细设计，最终实现了本系统。

目录

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英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究内容

2 虚拟网关冗余协议

2.1 VRRP协议的出处

2.2 简要术语介绍

2.3 VRRP状态机

2.4 VRRP的工作流程

2.5 基于静态负载均衡的VRRP工作流程

2.6 本章小结

3 基于负载均衡的虚拟网关冗余技术研究

3.1 简要术语介绍

3.2 课题的设计思想

3.3 需求分析

3.4 功能模块的分析

3.5 数据处理

3.6 本章小结

4 VRRPE协议的实现

4.1 系统正常运作信息展示

4.2 Master/Backup设备切换信息展示

4.3 虚拟转发器实例接管信息展示

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

致谢

参考文献