VRRP标准协议与VRRP负载均衡协议之间的切换方法和设备

具体实施方式

为了使公众更加理解本发明，首先介绍以下知识。

(1)VRRP报文格式，VRRP报文封装在IP报文中，协议号为112；Master路由器以组播方式定时发送VRRP报文通告自身的存在，VRRP报文可以用于检测虚拟路由器的各种参数，还可以用于Master路由器的选举。

当前VRRP标准协议包括VRRPv2和VRRPv3版本，VRRPv2规定了IPv4VRRP的报文格式，VRRPv3规定了IPv4VRRP和IPv6VRRP采用相同的报文格式，如图3所示的VRRP标准协议的VRRPv2报文格式图和图4所示的VRRP标准协议的VRRPv3报文格式图。

在图3中，各字段解释为：Version，协议版本号，VRRPv2对应的版本号为2；Type，VRRP报文的类型；Virtual Rtr ID(VRID)，虚拟路由器号(即备份组号)，取值范围1～255；Priority，路由器在备份组中的优先级，取值范围0～255，数值越大表明优先级越高；Count IPAddrs，备份组虚拟IP地址的个数，1个备份组可对应多个虚拟IP地址；Auth Type，认证类型，该值为0表示无认证，为1表示简单字符认证，为2表示MD5认证；Adver Int，发送通告报文的时间间隔；Checksum，16位校验和，用于检测VRRP报文中的数据破坏情况；IP Address，备份组虚拟IP地址表项，所包含的地址数定义在Count IP Addrs字段；Authentication Data，验证字，目前只用于简单字符认证，对于其它认证方式一律填0。

在图4中，各字段解释为：Version，协议版本号，VRRPv3对应的版本号为3；Count IPvX Addrs，备份组虚拟IPv4地址(或虚拟IPv6地址)的个数，1个备份组可对应多个虚拟IPv4地址(或虚拟IPv6地址)；Rsvd，保留字段，未使用；IPvX Address，备份组虚拟IPv4地址(或虚拟IPv6地址)表项，所包含的地址数定义在Count IPvXAddrs字段；对于Type、VRID、Priority、Adver Int、Checksum的解释与图3相同，不再赘述。

需要注意的是，VRRP负载均衡协议的报文格式与图3、图4相比，Version为8或9，且报文中需携带虚拟IP地址与多个虚拟MAC地址的对应关系。

(2)VRRP工作过程，备份组中的路由器根据优先级确定自身在备份组中的角色，优先级高的路由器成为Master路由器；优先级低的成为Backup路由器。Master路由器定期发送VRRP通告报文，通知备份组内的其他路由器自身工作正常，Backup路由器则启动定时器等待VRRP通告报文的到来。

如果Backup路由器的定时器超时后仍未收到Master路由器发送来的VRRP通告报文，则认为Master路由器已经无法正常工作，此时Backup路由器会认为自身是Master路由器，并对外发送VRRP通告报文，备份组内的路由器根据优先级选举出新的Master路由器，并承担报文的转发功能。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

本发明提出一种VRRP标准协议与VRRP负载均衡协议之间的切换方法，应用于包括由至少两个成员设备(一个Master设备和至少一个Backup设备)组成的备份组、以及通过该备份组接入网络的终端的系统中，备份组内的各成员设备运行VRRP标准协议或者VRRP负载均衡协议，在VRRP标准协议下备份组具有一个虚拟IP地址与一个虚拟MAC地址的对应关系，在VRRP负载均衡协议下备份组具有一个虚拟IP地址与多个虚拟MAC地址的对应关系，以备份组内的各成员设备运行状态需要从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议为例，如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤501，Master设备和Backup设备获取从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息。

具体的，可在备份组内的任一设备上下发协议切换的配置消息(可通过命令行的方式实现)，由该设备向备份组内的其他设备发送协议切换的通告报文；在从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议时，配置消息中携带从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息，通告报文中携带从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息；基于配置消息和通告报文，备份组内的Master设备和Backup设备可获取到从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息。

本发明中，备份组内任意一台设备收到配置消息后，向其他设备发送通告报文，该通告报文中携带标识设备VRRP协议切换开始的选项(option)以及标识设备VRRP协议切换结束的选项，以option 6用于标识设备VRRP协议切换开始，option 7用于标识设备VRRP协议切换结束为例。

如图6所示，为option 6格式示意图，Length：选项长度，取值为1；SwitchFlag：协议切换开始标识，1(还可以为其他数值)表示由VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议；2(还可以为其他数值)表示由VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议。

如图7所示，为option 7格式示意图，Length：选项长度，取值为1；EndFlag：协议切换结束标识，取值为1(还可以为其他数值)。

因此，当在备份组内设备A上下发配置消息后，设备A发送携带option 6(Switch Flag为1)的通告报文，通知其他设备协议切换开始，而为了保证其他设备可接收到通告报文，设备A可多次发送通告报文(如创建协议切换报文发送定时器，每200ms发送一次，发送三次)。之后，其他设备接收并解析携带option 6的通告报文，如果切换的目的协议与本设备采用的VRRP协议一致，则不处理；否则执行后续步骤。

步骤502，Master设备执行Master状态下的VRRP负载均衡协议处理流程，Backup设备执行Backup状态下的VRRP负载均衡协议处理流程。

需要注意的是，VRRP负载均衡协议通过VF(Virtual Forwarder，虚拟转发器)实现负载分担，每个虚拟转发器对应备份组的一个虚拟MAC地址，负责转发目的MAC地址为该虚拟MAC地址的流量；Master设备负责为备份组中的所有设备分配虚拟MAC地址。备份组中各设备获取到虚拟MAC地址后，将创建该MAC地址对应的虚拟转发器，该设备称为此虚拟转发器的拥有者。

虚拟转发器的优先级用来决定虚拟转发器的状态，优先级最高的虚拟转发器处于Active状态，称为AVF(Active Virtual Forwarder，活动虚拟转发器)，负责转发流量；其他设备接收到AVF发送的Advertisement报文后，也会创建虚拟转发器，该虚拟转发器处于Listening状态，称为LVF(Listening VirtualForwarder，监听虚拟转发器)，LVF监视AVF的状态，当AVF出现故障时，将选举出虚拟转发器优先级最高的LVF作为AVF。

例如，设备A、设备B和设备C在创建AVF时，将AVF优先级设为最高的255；创建AVF后，每个设备向其他设备发送携带优先级为255的AVF的通告报文，设备A在接收到设备B和设备C的通告报文后，基于其中的AVF创建LVF，并将LVF优先级设为127；设备B和设备C的处理过程类似。

由此可见，设备A、设备B和设备C上分别有1个AVF和2个LVF，AVF对应本设备的虚拟MAC地址，LVF对应其他设备的虚拟MAC地址。如果设备A的AVF(以AVF1为例)出现故障，将AVF1的优先级设为0，当设备B和设备C获知AVF1的优先级变为0后，设备B(或设备C)将AVF1对应的LVF优先级设为128，此时设备B上该AVF1对应的LVF具有最高优先级(设备C上该AVF1对应的LVF的优先级为127、设备A上该AVF1优先级为0)，LVF变为AVF，并对原本通过设备A进行转发的流量进行处理。

因此，(1)Master设备的处理流程包括：Master设备定期发送基于VRRP负载均衡协议的通告报文；创建基于虚拟IP地址与第一虚拟MAC地址对应关系的AVF；在收到Backup设备的Request报文后，向Backup设备发送应答报文，且应答报文中携带为Backup设备配置的虚拟IP地址与第二虚拟MAC地址的对应关系；删除VRRP标准协议下虚拟IP地址与第三虚拟MAC地址的对应关系。进一步的，当Master设备接收到其他设备的AVF(基于其他设备的虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系所创建的)发送的Advertisement报文后，也会创建虚拟转发器，即创建LVF。

本发明中，为了创建LVF，Master设备还可创建协议定时器(超时时间可为1分钟)，定时器超时之前，Master设备收集备份组其他设备的切换信息(如用于创建LVF的Advertisement报文)，并定期发送VRRP标准协议的报文；定时器超时之后，Master设备根据收集的切换信息进行负载均衡处理(如创建LVF)。而且上述删除VRRP标准协议下虚拟IP地址与第三虚拟MAC地址的对应关系的过程可在协议定时器超时之后执行。

另外，Master设备还可设置本机运行协议标识为负载均衡协议，以供比较切换的目的协议与本设备采用的VRRP协议是否一致。

(2)Backup设备的处理流程包括：Backup设备发送请求虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系的Request报文(即定期发送Request报文请求VF等处理)，接收来自Master设备的携带虚拟IP地址与第二虚拟MAC地址的对应关系的应答报文，并创建基于虚拟IP地址与第二虚拟MAC地址对应关系的AVF。进一步的，当Backup设备接收到其他设备的AVF发送的Advertisement报文后，也会创建虚拟转发器，即创建LVF。

另外，Backup设备还可设置本机运行协议标识为负载均衡协议，以供比较切换的目的协议与本设备采用的VRRP协议是否一致。

步骤503，Master设备将一个虚拟IP地址与多个虚拟MAC地址的对应关系通知给终端，由终端更新自身的ARP表项。

具体的，Master设备获取备份组内各设备的虚拟IP地址与虚拟MAC地址的对应关系(通过遍历接口下的ARP表项获知)，基于每个虚拟IP地址与虚拟MAC地址的对应关系向终端发送ARP报文，由终端根据ARP报文更新自身的ARP表项，以引导终端根据自身的ARP表项将访问外网的流量负载均衡至备份组内的各设备。

例如，有终端A、B、C、D，Master设备获取到虚拟IP地址与虚拟MAC地址1的对应关系、虚拟IP地址与虚拟MAC地址2的对应关系时，则Master设备基于虚拟IP地址与虚拟MAC地址1的对应关系向终端A发送ARP报文，基于虚拟IP地址与虚拟MAC地址2的对应关系向终端B发送ARP报文，基于虚拟IP地址与虚拟MAC地址1的对应关系向终端C发送ARP报文，基于虚拟IP地址与虚拟MAC地址2的对应关系向终端D发送ARP报文。

本发明提出一种VRRP标准协议与VRRP负载均衡协议之间的切换方法，应用于包括由至少两个成员设备组成的备份组、以及通过该备份组接入网络的终端的系统中，备份组内的各成员设备运行VRRP标准协议或者VRRP负载均衡协议，在VRRP标准协议下备份组具有一个虚拟IP地址与一个虚拟MAC地址的对应关系，在VRRP负载均衡协议下备份组具有一个虚拟IP地址与多个虚拟MAC地址的对应关系，以备份组内的各成员设备运行状态需要从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议为例，如图8所示，该方法包括以下步骤：

步骤801，Master设备和Backup设备获取从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息。

具体的，可在备份组内的任一设备上下发协议切换的配置消息，由该设备向备份组内的其他设备发送协议切换的通告报文；在从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议时，配置消息中携带从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议的信息，通告报文中携带从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议的信息；基于配置消息和通告报文，备份组内的Master设备和Backup设备可获取到从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议的信息。

该过程与步骤501的处理过程类似，只是配置消息或通告报文中携带了从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息，在此不再赘述。

步骤802，Master设备执行Master状态下的VRRP标准协议处理流程，Backup设备执行Backup状态下的VRRP标准协议处理流程。

需要注意的是，VRRP负载均衡协议通过VF实现负载分担，每个虚拟转发器都对应备份组的一个虚拟MAC地址，负责转发目的MAC地址为该虚拟MAC地址的流量；即在VRRP负载均衡协议下，Master设备和Backup设备上均创建了基于虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系的AVF和LVF，相应的创建过程在步骤502中已经阐述。

因此，(1)Master设备的处理流程包括：Master设备定期发送基于VRRP标准协议的通告报文；删除本设备记录的基于其他设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的LVF；删除本设备记录的基于本设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的AVF。

具体的，在接收到配置消息或通告报文后，Master设备首先删除本设备记录的LVF，暂时保留AVF，并定期发送通告报文；之后Master设备创建协议定时器(超时时间可为1分钟)，定时器超时之前，定期发送负载均衡协议格式报文；定时器超时之后，Master设备发送携带option 7选项的通告报文(实际应用中可多次发送，如每200ms发送一次，连续发送三次)，通知备份组其他设备协议切换结束，在协议定时器超时之后，Master设备删除本设备的AVF。

另外，Master设备还可设置本机运行协议标识为标准协议，以供比较切换的目的协议与本设备采用的VRRP协议是否一致。

(2)Backup设备的处理流程包括：Backup设备创建延迟抢占定时器、删除本设备记录的基于其他设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的LVF；删除本设备记录的基于本设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的AVF。

具体的，在接收到配置消息或通告报文后，Backup设备首先删除本设备记录的LVF，暂时保留AVF，并创建延迟抢占定时器等系统资源；当Backup设备收到携带option 7选项的通告报文时，删除本设备的AVF。

另外，Backup设备还可设置本机运行协议标识为标准协议，以供比较切换的目的协议与本设备采用的VRRP协议是否一致。

步骤803，Master设备将一个虚拟IP地址与一个虚拟MAC地址的对应关系通知给终端，由终端更新自身的ARP表项。

具体的，Master设备向终端发送源MAC地址为VRRP标准协议虚MAC地址的免费ARP报文，由终端根据ARP报文更新自身的ARP表项，以引导终端根据自身的ARP表项将访问外网的流量通过所述Master设备进行发送。

基于与上述方法同样的发明构思，本发明还提出了一种VRRP标准协议与VRRP负载均衡协议之间的切换设备，应用于包括由至少两个成员设备组成的备份组、以及通过所述备份组接入网络的终端的系统中，所述备份组内的各成员设备运行VRRP标准协议或者VRRP负载均衡协议，在VRRP标准协议下备份组具有一个虚拟IP地址与一个虚拟MAC地址的对应关系，在VRRP负载均衡协议下备份组具有一个虚拟IP地址与多个虚拟MAC地址的对应关系，如图9所示，所述切换设备包括获取模块11、处理模块12和发送模块13；其中：

所述获取模块11，用于获取到从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息；

所述处理模块12，用于当为Master设备时，执行Master状态下的VRRP负载均衡协议处理流程；当为Backup设备时，执行Backup状态下的VRRP负载均衡协议处理流程；

所述发送模块13，用于当为Master设备时，将一个虚拟IP地址与多个虚拟MAC地址的对应关系通知给终端；

或者，

所述获取模块11，用于获取到从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议的信息；

所述处理模块12，用于当为Master设备时，执行Master状态下的VRRP标准协议处理流程；当为Backup设备时，执行Backup状态下的VRRP标准协议处理流程；

所述发送模块13，用于当为Master设备时，将一个虚拟IP地址与一个虚拟MAC地址的对应关系通知给终端。

本发明中，从VRRP标准协议切换至VRRP负载均衡协议的信息或从VRRP负载均衡协议切换至VRRP标准协议的信息，是通过协议切换的配置消息或协议切换的通告报文获取的；其中，在所述备份组内的成员设备上下发协议切换的配置消息，由所述成员设备向所述备份组内的其他成员设备发送协议切换的通告报文。

所述处理模块12，具体用于在执行Master状态下的VRRP负载均衡协议处理流程时，定期发送基于VRRP负载均衡协议的通告报文；创建基于虚拟IP地址与第一虚拟MAC地址对应关系的AVF；在收到Backup设备的Request报文后，向Backup设备发送应答报文，所述应答报文中携带为所述Backup设备配置的虚拟IP地址与第二虚拟MAC地址的对应关系；删除VRRP标准协议下虚拟IP地址与第三虚拟MAC地址的对应关系。

所述处理模块12，具体用于执行Backup状态下的VRRP负载均衡协议处理流程时，发送请求虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系的Request报文，接收携带虚拟IP地址与第二虚拟MAC地址的对应关系的应答报文，并创建基于虚拟IP地址与第二虚拟MAC地址对应关系的AVF。

所述处理模块12，具体用于在执行Master状态下的VRRP标准协议处理流程时，定期发送基于VRRP标准协议的通告报文；删除本设备记录的基于其他设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的LVF；删除本设备记录的基于本设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的AVF。

所述处理模块12，具体用于在执行Backup状态下的VRRP标准协议处理流程时，创建延迟抢占定时器、删除本设备记录的基于其他设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的LVF；删除本设备记录的基于本设备虚拟IP地址与虚拟MAC地址对应关系创建的AVF。

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。