利用VRRP 和MSTP 技術提升企業網絡可靠性設計

易麗華

（湖南科技職業學院，湖南 長沙 410000）

0 引言

隨著互聯網技術的迅猛發展，信息化程度提高，企業的各種業務對網絡的依賴越來越強。為了保障業務連續性，必須提高網絡的穩定和可靠性，因此，通常對關鍵設備進行冗余備份的基礎上結合相關軟件技術實現備份和負載均衡。軟件冗余技術有很多種，本文主要采用的是VRRP 和MSTP 技術。

1 VRRP 技術概述

傳統的局域網中一般僅配置一個默認網關訪問外網，如果此時默認網關設備發生故障，將中斷所有用戶終端的網絡訪問，這可能會給用戶帶來重大損失。VRRP 協議很好解決了局域網中配置靜態網關出現單點故障問題。

VRRP 全 稱 是Virtual Router Redundancy Protocol，即虛擬路由器冗余協議，它是一種容錯協議。基本原理是把若干臺設備，比如路由器或者交換機，組成一臺虛擬設備，該虛擬設備擁有一個虛擬IP 地址，用戶終端僅需將該虛擬IP 地址設置為網關地址。VRRP 虛擬組包含一個主設備和若干備份設備。正常情況下，主設備轉發所有網絡業務流量，當主設備故障時，備設備及時接替工作，從而保持網絡通信的連續可靠性，而對此用戶終端不必修改任何配置，真正做到對故障毫無感知。

VRRP 協議支持備份和負載分擔兩種工作模式。所謂備份模式，是指多個設備間只配置一個虛擬組，正常時主設備承擔各種網絡業務流量的轉發，備設備處于空閑狀態，資源存在一定浪費。為了提高設備提利用率和工作效率，通過配置多備份組實現負載分擔。即將同一臺設備的同一個接口加入多個虛擬組，通過配置在不同虛擬組中的優先級，使得不同虛擬組的主設備分別由不同設備承擔。各終端分別使用不同的虛擬路由器作為網關，這樣可以既可以達到負載分擔，又實現了相互備份。

當VRRP 的主設備的上行接口出現問題，如果主設備一直保持活躍狀態，就會導致網絡出現中斷，因此必須要使VRRP 運行狀態與上行接口進行關聯。一般可以在主設備上配置監視上行接口，即監視連接了外網的出接口。當檢測到此接口故障，自動降低一定優先級，使得備設備能夠搶占主設備角色而成功接替工作就可以解決此問題。

從網絡穩定和安全角度考慮，可以配置VRRP 認證，使設備對發送和接收的VRRP 協議報文進行簡單認證或者MD5認證。

2 MSTP 技術概述

單生成樹的弊端主要是存在部分VLAN 路徑不通，無法實現流量分擔以及次優二層路徑，而多生成樹協議MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol）完全解決單生成樹各種弊端。MSTP兼容STP和RSTP快速收斂的優勢，又提供了數據轉發的多個冗余路徑，并實現VLAN 數據的負載均衡。每個生成樹實例的拓撲不同，使網絡流量基于VLAN 按不同的拓撲轉發，避免鏈路閑置，提高網絡鏈路的使用效率，這種流量的負載分擔是區域內實例

間的負載分擔。

3 企業局域網絡的冗余設計和實現

3.1 企業局域網絡需求分析

圖1是企業局域網絡一個典型部分，充分考慮了核心設備、鏈路的冗余備份，保證網絡高效穩定可靠運行。具體拓撲說明如下。

3.1.1 劃分VLAN 縮小廣播域

接入層交換機LSW3，主要為企業各部門主機提供網絡接入服務。采用VLAN 技術將一個物理局域網在邏輯上劃分成多個小的廣播域，同時也提高了安全性。同一個VLAN 內的主機由于處于相同廣播域，因此能夠直接進行二層互訪，而不同VLAN 間的主機被二層隔離。將企業不同部門劃入不同的VLAN。市場部是VLAN 10，網絡地址為192.168.10.0/24，網關為192.168.10.254，研發部是VLAN 20，網絡地址為192.168.20.0/24，網關為192.168.20.254，行政部是VLAN 30，網絡地址為192.168.30.0/24，網關為192.168.30.254。

3.1.2 VRRP 和鏈路聚合提高可靠性

核心層交換機LSW1和LSW2作為核心設備，采用VRRP 協議實現備份，避免因為單網關故障導致各主機無法訪問外網，從而提高了網絡的可靠性。同時，為了避免數據高速交換而導致網絡擁塞，采用鏈路聚合技術將交換機LSW1和LSW2間的多條物理鏈路捆綁為一條邏輯鏈路，增加帶寬的同時也提高網絡可靠性。

3.1.3 MSTP 實現負載均衡交換機LSW1、LSW2 和LSW3 互連成環，為了消除二層環路帶來的各種問題，在交換機上部署了MSTP。VLAN 10和20映射實例1，LSW1是根橋；VLAN 30映射實例2，LSW2是根橋。

3.1.4 DHCP 動態分配IP 地址

路由器R1 是企業局域網連接外網的設備，也是DHCP 服務器。統一為各主機動態分配IP 地址，減小網管網絡維護工作量。

3.2 任務實施

3.2.1 MSTP 的配置

交換機LSW1上配置。

stp region-configuration

region-name huawei

revision-level 1

instance 1 vlan 10 20

instance 2 vlan 30

active region-configuration

quit

stp instance 1 root primary

stp instance 2 root secondary

LSW2上配置類似，最后兩條指令不同。

stp instance 2 root primary

stp instance 1 root secondary

LSW3的配置與LSW1和LSW2類似。

在LSW1上查詢，可見LSW1是實例1的根橋。

在LSW2上查詢，可見LSW2是實例2的根橋。

3.2.2 VRRP 配置

交換機LSW1的配置

int vlanif 10

vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.10.254

vrrp vrid 1 priority 200

vrrp vrid 1 authentication-mode md5 huawei1

vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/1 reduced 120

int vlanif 20

vrrp vrid 2 virtual-ip 192.168.20.254

vrrp vrid 2 priority 200

vrrp vrid 2 authentication-mode md5 huawei2

vrrp vrid 2 track interface GigabitEthernet0/0/1 reduced 120

int vlanif 30

vrrp vrid 3 virtual-ip 192.168.30.254

vrrp vrid 3 authentication-mode md5 huawei3

交換機LSW2的配置

int vlanif 10

vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.10.254

vrrp vrid 1 authentication-mode md5 huawei1

int vlanif 20

vrrp vrid 2 virtual-ip 192.168.20.254

vrrp vrid 2 authentication-mode md5 huawei2

int vlanif 30

vrrp vrid 3 virtual-ip 192.168.30.254

vrrp vrid 3 priority 200

vrrp vrid 3 authentication-mode md5 huawei3

vrrp vrid 3 track interface GigabitEthernet0/0/1 reduced 120

在LSW1上查詢，發現LSW1是vlan10和20的網關。

在LSW2上查詢，發現LSW2是vlan30的網關。

3.3 網絡測試

3.3.1 測試主機之間通信

PC1和PC2訪問其他主機都是通過LSW1轉發數據。

PC3訪問PC1或者PC2通過交換機LSW2轉發數據。

3.3.2 測試上行鏈路跟蹤

關閉交換機LSW1是的G0/0/1接口模擬端口故障，查詢VRRP 狀態，發現LSW1 變為Backup 狀態，也就是VLAN10和20的數據也將由LSW2轉發。當恢復端口后，LSW1又重新成為Master 狀態，繼續轉發VLAN10和20的數據。這種狀態切換對于用戶而言是透明的，因此保障了網絡業務的連續性。

[S1-GigabitEthernet0/0/1]shutdown

[S1-GigabitEthernet0/0/1]undo shutdown

4 結束語

隨著各個企業規模不斷擴大，對網絡的穩定和可靠性要求越來越高，VRRP 和MSTP 技術解決了冗余和負載分擔問題，因此該方案在企業網絡中應用較為廣泛。