基于MSTP和VRRP的高可靠性网络设计

基于MSTP和VRRP的高可靠性网络设计 摘要：网络的发展与应用对网络的可靠性提出了更高的要求。通过对MSTP和VRRP的分析，设计一种高效、高可靠性的网络结构。 关键词：可靠性 MSTP VRRP 中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）03-0132-02 网络的可靠性也称为可用性，指网络提供服务的不间断性。随着网络技术的发展，网络的应用越来越多，对网络的可靠性要求也越来越高。由于任何一个网络组件都可能发生故障，因此网络的可靠性通常需要通过一定的冗余来实现1。 1 网络的可靠性需求分析 网络的架构一般分为核心层、汇聚层和接入层，核心交换机负责全网的数据交换。单核心网络中，一旦核心交换机发生故障，则影响整个网络。因此，本设计采用核心冗余方案，使用两台核心交换机共同分担所有汇聚设备的数据交换，当其中任何一台核心交换机出现故障，则另一台核心交换机迅速承担全部数据交换，以保证网络的稳定运行。 采用核心冗余方案，两台核心交换机不只是起到简单的备份作用，还应使用MSTP实现数据交换的负载分担，使用VRRP实现访问外部网络的流量分担，从而确保网络稳定、高效的运行。 2 STP和MSTP 多台交换机构成的网络中，为了保障网络可靠，通常采用线路冗余方案，使得当某些线路出现故障时仍能保证网络通畅。但这样会出现路径回环，进而产生广播风暴、多帧复制和MAC地址表抖动等问题，造成网络不可用2。STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）可以在交换网络中形成一棵无环路的树，在逻辑上消除网络中的环路，解决环路故障并实现冗余备份。 STP的主要思想是当网络中存在备份链路时，只允许主链路激活，备份链路处于阻塞状态，只有主链路因故障而被断开后，备份链路才会被打开。STP基于端口创建生成树。在多VLAN环境中，STP使用统一的生成树，所有VLAN共享一棵生成树，其拓扑结构一致，因此在一条链路上，所有的VLAN要么全部处于转发状态，要么全部处于阻塞状态。这种情况下，双核心网络中在任何时刻最多只能有一个核心处于工作状态，而另一个处于空闲状态，设备利用率低。 MSTP（Multiple Spanning Tree Protocol，多生成树协议）基于实例创建生成树。在多VLAN环境中，MSTP可以创建多个实例，每个实例对应多个VLAN，每个实例维护自己独立的生成树。这样，不同的VLAN可以有不同的生成树拓扑，不同VLAN在同一端口上可以具有不同的状态。因而，在双核心网络中可以实现VLAN一级的负载分担，从而可以在确保网络具有高可靠性的条件下提高网络效率。 3 VRRP 通常，一个网络内的所有主机都设置一个指向核心交换的默认网关，用于访问外部网络。当这个核心交换发生故障时，所有主机都将无法与外部网络通信。要提高默认网关的可靠性，就要设法为默认网关提供设备备份，增加冗余性。VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）可以将局域网内的一组设备（路由器或三层交换机）组织成一个备份组，生成一台虚拟的路由器，使用一个虚拟的IP地址为网络内的主机提供默认网关服务。在正常工作情况下，备份组中的主设备（Master）负责执行虚拟路由器的任务。当主设备宕机时，备份设备（Backup）将替代主设备继续提供网络服务。这样，备份组中任意一台设备出现问题均不影响虚拟路由器的工作，网络内的主机只需将虚拟路由器配置为默认网关，即可保持正常通信，从而避免单一设备发生故障后网络中断的问题。 当网络划分成多个VLAN时，每个VLAN均有自己的网关。在双核心网络中，为每个VLAN各创建一个VRRP备份组，不同的VRRP备份组采用不同的核心作为主设备，则既可以实现互为备份，又可以实现负载分担。 4 采用核心冗余方案网络的设计 假设某网络共划分4个VLAN，其VLAN_ID、网络号与网关规划如下：VLAN10，网络号为192.168.10.0/24，网关为192.168.10.252/24；VLAN20，网络号为192.168.20.0/24，网关为192.168.20.252/24；VLAN30，网络号为192.168.30.0/24，网关为192.168.30.252/24；VLAN40，网络号为192.168.40.0/24，网关为192.168.40.252/24。为了实现网络高可靠、高效运行，采用核心冗余方案，其拓扑结构如图所示：核心层采用2台H3C 5800高性能交换机互为备份和负载分担；核心交换机之间采用链路聚合技术以增加带宽和可靠性；汇聚层采用多台H3C S3610交换机连接用户端；汇聚交换机分别连接到2台核心交换机；2台核心交换分别连接外部网络。每个VLAN使用2台核心交换机创建一个VRRP备份组。VLAN10、VLAN20将SW1（第一台核心交换机）作为VRRP主设备，将SW2（第二台核心交换机）作为VRRP备份设备；VLAN30、VLAN40将SW2作为VRRP主设备，将SW1作为VRRP备份设备。VLAN10、VLAN20使用SW1转发数据，当SW1宕机时转为使用SW2转发；VLAN30、VLAN40使用SW2转发数据，当SW2宕机时转为使用SW1转发。这样，网络中2台核心交换机共同承担数据转发任务，当网络中任何一个核心