負載均衡模式下的虛擬轉發(fā)器

通過(guò)前面介紹的 Master 路由器虛擬 MAC 地址的分配功能實(shí)現了不同主機將流量發(fā)送給備份組中不同的路由器。但為了使備份組中的路由器能夠轉發(fā)主機發(fā)送的流量，還需要在路由器上創(chuàng )建虛擬轉發(fā)器。每個(gè)虛擬轉發(fā)器都對應備份組的一個(gè)虛擬 MAC 地址，負責轉發(fā)目的 MAC 地址為該虛擬 MAC 地址的流量。

1.虛擬轉發(fā)器的創(chuàng )建

虛擬轉發(fā)器的創(chuàng )建過(guò)程如下：

(1)備份組中的路由器獲取到 Master 路由器為其分配的虛擬 MAC 地址后，創(chuàng )建該 MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器，該路由器稱(chēng)為此虛擬 MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器的 VF Owner(VirtualForwarder Owner，虛擬轉發(fā)器擁有者)。

(2)該路由器將虛擬轉發(fā)器的信息通告給備份組內其他的路由器。

(3)備份組內的其他路由器接收到該路由器發(fā)送的虛擬轉發(fā)器信息后，會(huì )在本地創(chuàng )建該虛擬MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器。

由此可見(jiàn)，備份組中的路由器上不僅需要創(chuàng )建 Master 路由器為其分配的虛擬 MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器，還需要創(chuàng )建其他路由器通告的虛擬MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器。

2.虛擬轉發(fā)器的權重和優(yōu)先級

虛擬轉發(fā)器的權重標識了路由器的轉發(fā)能力。權重值越高，路由器的轉發(fā)能力越強。當權重低于一定的值——失效下限時(shí)，路由器無(wú)法再為主機轉發(fā)流量。

虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級用來(lái)決定虛擬轉發(fā)器的狀態(tài)：不同路由器上同一個(gè)虛擬 MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器中，優(yōu)先級最高的虛擬轉發(fā)器處于 Active 狀態(tài)，稱(chēng)為 AVF(Active Virtual Forwarder)，負責轉發(fā)流量;其他虛擬轉發(fā)器處于 Listening 狀態(tài)，稱(chēng)為 LVF(Listening Virtual Forwarder)，監聽(tīng)AVF 的狀態(tài)。虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級取值范圍為 0～255，其中，255 保留給 VF Owner 使用。如果VF Owner 的權重高于或等于失效下限，則 VF Owner 的優(yōu)先級為最高值 255。

設備根據虛擬轉發(fā)器的權重計算虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級的規則如下：

如果權重高于或等于失效下限，且設備為 VF Owner，則虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級為最高值255。

如果權重高于或等于失效下限，且設備不是 VF Owner，則虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級為權重/(本地 AVF 的數目+1)。

如果權重低于失效下限，則虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級為 0。

3.虛擬轉發(fā)器備份

備份組中不同路由器上同一個(gè)虛擬 MAC 地址對應的多個(gè)虛擬轉發(fā)器之間形成備份關(guān)系。在如圖 4-9所示的示例中，說(shuō)明了備份組中每個(gè)路由器上的虛擬轉發(fā)器信息及其備份關(guān)系。

圖4-9 負載均衡模式下的虛擬轉發(fā)器備份

在本示例中，Master 路由器 Router A 為自己、Router B、Router C 分配的虛擬 MAC 地址分別為 000fe2ff0011、000fe2ff0012和 000fe2ff0013。虛擬 MAC 地址對應的虛擬轉發(fā)器分別為 VF1、VF 2 和 VF 3。在 Router A、Router B 和 Router C 上都創(chuàng )建了這三個(gè)虛擬轉發(fā)器，并形成備份關(guān)系。例如，Router A、Router B 和 Router C 上的 VF 1 互相備份：

Router A 為 VF 1 的 VF Owner，Router A 上 VF 1 的虛擬轉發(fā)器優(yōu)先級為最高值255。因此，Router A 上的 VF 1 作為 AVF，負責轉發(fā)目的 MAC 地址為虛擬 MAC 地址 000fe2ff0011的流量。

Router B 和 Router C 上 VF 1 的虛擬轉發(fā)器優(yōu)先級為：權重 255/(本地 AVF 數目+1)=127，低于 Router A 上 VF 1 的優(yōu)先級。因此，Router B 和 Router C 上的 VF 1 作為L(cháng)VF，監視 Router A 上 VF 1 的狀態(tài)。

在 Router A 上的 VF 1 出現故障時(shí)，將從 Router B 和 Router C 上的 VF 1 中選舉出虛擬轉發(fā)器優(yōu)先級最高的 LVF 作為 AVF，負責轉發(fā)目的 MAC 地址為虛擬 MAC 地址 000fe2ff0011的流量。

【說(shuō)明】虛擬轉發(fā)器始終工作在搶占模式。對于不同路由器上互相備份的 LVF 和 AVF，如果LVF 接收到 AVF 發(fā)送的虛擬轉發(fā)器信息中虛擬轉發(fā)器優(yōu)先級低于本地虛擬轉發(fā)器優(yōu)先級，則 LVF將會(huì )搶占成為 AVF。

4.虛擬轉發(fā)器的定時(shí)器

虛擬轉發(fā)器的 AVF 出現故障后，接替其工作的新的 AVF 將為該 VF 創(chuàng )建 Redirect Timer 和Timeout Timer 兩個(gè)定時(shí)器。

Redirect Timer：VF 重定向定時(shí)器。該定時(shí)器超時(shí)前，Master 路由器還會(huì )采用該 VF 對應的虛擬 MAC 地址應答主機的 ARP/ND 請求;該定時(shí)器超時(shí)后，Master 路由器不再采用該VF 對應的虛擬 MAC 地址應答主機的 ARP/ND 請求。如果 VF Owner 在 Redirect Timer 超時(shí)前恢復，則 VF Owner 可以迅速參與流量的負載分擔。

Timeout Timer：VF 生存定時(shí)器，即 AVF 接替 VF Owner 工作的期限。該定時(shí)器超時(shí)前，備份組中的路由器上都保留該 VF，AVF 負責轉發(fā)目的 MAC 地址為該 VF 對應虛擬 MAC地址的報文;該定時(shí)器超時(shí)后，備份組中的路由器上都刪除該 VF，不再轉發(fā)目的 MAC地址為該 VF 對應虛擬 MAC 地址的報文。

5.虛擬轉發(fā)器的監視功能

AVF 負責轉發(fā)目的 MAC 地址為虛擬轉發(fā)器 MAC 地址的流量，當 AVF 連接的上行鏈路出現故障時(shí)，如果不能及時(shí)通知 LVF 接替其工作，局域網(wǎng)中以此虛擬轉發(fā)器 MAC 地址為網(wǎng)關(guān) MAC 地址的主機將無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò )。

虛擬轉發(fā)器的監視功能可以解決上述問(wèn)題。利用NQA(Network Quality Analyzer，網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量分析)、BFD(Bidirectional Forwarding Detection，雙向轉發(fā)檢測)等監測 AVF 連接的上行鏈路的狀態(tài)，并通過(guò) Track 功能在虛擬轉發(fā)器和 NQA/BFD 之間建立聯(lián)動(dòng)。當上行鏈路出現故障，Track 項的狀態(tài)變?yōu)?Negative，虛擬轉發(fā)器的權重將降低指定的數額，以便虛擬轉發(fā)器優(yōu)先級更高的路由器搶占成為 AVF，接替其轉發(fā)流量。

虛擬轉發(fā)器監視功能還可以用來(lái)在 LVF 上通過(guò) Track 監視 AVF 的狀態(tài)，當 AVF 出現故障時(shí)，工作在虛擬轉發(fā)器快速切換模式的 LVF 能夠迅速成為 AVF，以保證通信不會(huì )中斷。