負載均衡模式下的虛擬轉發(fā)器

通過前面介紹的 Master 路由器虛擬 MAC 地址的分配功能實現(xiàn)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。每個虛擬轉發(fā)器都對應備份組的一個虛擬 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，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，路由器無法再為主機轉發(fā)流量。

虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級用來決定虛擬轉發(fā)器的狀態(tài)：不同路由器上同一個虛擬 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)，稱為 LVF(Listening Virtual Forwarder)，監(jiān)聽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(jù)虛擬轉發(fā)器的權重計算虛擬轉發(fā)器的優(yōu)先級的規(guī)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(shù)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虛擬 MAC 地址對應的多個虛擬轉發(fā)器之間形成備份關系。在如圖 4-9所示的示例中，說明了備份組中每個路由器上的虛擬轉發(fā)器信息及其備份關系。

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)建了這三個虛擬轉發(fā)器，并形成備份關系。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(shù)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LVF，監(jiān)視 Router A 上 VF 1 的狀態(tài)。

在 Router A 上的 VF 1 出現(xiàn)故障時，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將會搶占成為 AVF。

4.虛擬轉發(fā)器的定時器

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

Redirect Timer：VF 重定向定時器。該定時器超時前，Master 路由器還會采用該 VF 對應的虛擬 MAC 地址應答主機的 ARP/ND 請求;該定時器超時后，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 生存定時器，即 AVF 接替 VF Owner 工作的期限。該定時器超時前，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;該定時器超時后，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(jiān)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(xiàn)故障時，如果不能及時通知 LVF 接替其工作，局域網中以此虛擬轉發(fā)器 MAC 地址為網關 MAC 地址的主機將無法訪問外部網絡。

虛擬轉發(fā)器的監(jiān)視功能可以解決上述問題。利用NQA(Network Quality Analyzer，網絡質量分析)、BFD(Bidirectional Forwarding Detection，雙向轉發(fā)檢測)等監(jiān)測 AVF 連接的上行鏈路的狀態(tài)，并通過 Track 功能在虛擬轉發(fā)器和 NQA/BFD 之間建立聯(lián)動。當上行鏈路出現(xiàn)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(shù)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(jiān)視功能還可以用來在 LVF 上通過 Track 監(jiān)視 AVF 的狀態(tài)，當 AVF 出現(xiàn)故障時，工作在虛擬轉發(fā)器快速切換模式的 LVF 能夠迅速成為 AVF，以保證通信不會中斷。