冗余技术在网络互联网的应用

保定电力职业技术学院计算机网络专业毕业论文马晓旭保定电力职业技术学院毕业(论文)设计题目冗余技术在网络互联网的应用系部信息工程与管理专业班级计算机网络学生姓名******指导教师*******二〇一二年三月二十日保定电力职业技术学院计算机网络专业毕业论文马晓旭2目录摘要...................................................................2引言...................................................................31冗余技术的概念与分类..................................................31.1冗余技术的概念..................................................31.2冗余技术的分类..................................................32网络互联网中应用冗余技术的必要性......................................52.1使用计算机网络冗余技术的原因....................................52.2网络冗余应用后的效果............................................53冗余技术在网络互联网中应用的场合......................................63.1工业以太网......................................................63.2大学校园网......................................................74应用冗余技术时面临的问题及解决方案....................................84.1二层设备冗余技术出现的问题及解决方案............................84.2三层设备冗余问题及解决方案......................................85具体实现的案例分析....................................................95.1VRRP技术应用于大型园区网络.....................................95.2VRRP技术分析...................................................95.3VRRP技术应用于大型园区网络核心层交换机........................106结束语...............................................................127致谢.................................................................128参考文献.............................................................13摘要随着互联网的普及和网络应用的日益深入，各种增值业务在网上得到广泛的部署，网络的高可用性成为人们关注的焦点，为了能使每个人成功上网，保障网络的稳定性，计算机网络冗余技术达到了高速发展，用于保障整个网络的安全性，可靠性与稳定性。这就涉及到网络技术在互联网中的应用。本文从冗余技术的概念与分类，网络互连网中应用冗余技术的必要性，冗余技术在网络互联网中应用的场合，应用冗余技术时面临的问题及解决方案，具体实现的案例分析，介绍利用网络冗余技术解决网络稳定性问题。关键词：计算机网络，冗余技术保定电力职业技术学院计算机网络专业毕业论文马晓旭引言随着Internet和Intranet的日益普及，人们对网络的依赖性越来越强，恢复性和冗余性已成为当今局域网中的关键特性。所有的运营商都希望用最低的设备和运营成本给用户提供最好，最可靠的服务，由于各种原因导致网络中断，这就需要在网络设备上做些冗余技术来确保网络的可高性。现代网络服务的安全性和可靠性变得越来越重要，如果一个网络设备出问题时，另一网络设备会及时接管转发工作，不会造成互联网中业务中断，提高了网络的服务量质。1冗余技术的概念与分类1.1冗余技术的概念所谓的冗余技术就是当一台设备挂掉，另一台立马起来工作。然后可以在不影响网络工作的情况下，修复这台设备。所谓的冗余技术就是当一台设备挂掉，另一台立马起来工作。然后可以在不影响网络工作的情况下，修复这台设备。冗余技术又称储备技术，它是利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。就是为了避免单点故障而产生的，当网络某个节点只有一台交换机或者路由器，发生故障那么这个网络就断掉，在这个网络需求很高的社会里，这将是一个巨大的损失，所以有了冗余设备的存在。1.2冗余技术的分类1.2.1硬件方面1．电源冗余为了防止核心层交换机断电导致网络大面积瘫痪，通常在核心层交换机上采用双电源冗余。由芯片控制电源进行负载均衡，当一个电源出现故障时，另一个电源马上接管工作，在跟换电源后又是两个电源协同工作。2．引擎冗余交换机引擎是交换机的生命线，引擎出现故障，交换机就无法工作。使用引擎减少再部署一台交换机，双核引擎是交换机必备的冗余措施。3．模块冗余接口，模块是交换机承载数据流的最直接部件，同时也是最容易受损的部件。接入层没有太大必要使用解救模块。汇聚层按实际而定，核心层必须有1:1的接口，模块备份，即每个接口需要一个备份接口，每个模块需要保定电力职业技术学院计算机网络专业毕业论文马晓旭4一个备份模块4．设备堆叠实现单交换机端口的扩充，堆叠相当于电源，引擎，模块的多重冗余，当多个交换机连在一起时，其作用就像一个模块化交换机一样，堆叠在一起交换机可以当作一个单元设备来进行管理。5．链路冗余为上层的冗余架设物理上的链接。缺点：带来了广播风暴，相同帧的复用，MAC地址的不稳定性，为了解决上面的物理环路造成的问题，在数据链路层使用生成树协议。作用：1通过阻断冗余链路来消除桥接网络中可能存在的环路回环，2当前活动路径发生故障时，激活冗余备份链路，恢复网络连通性。在冗余网络中，通过STP算法将特定的端口置于阻塞状态，来实现既没有环路也可以冗余的网络。SpanningTree协议通过优先级的设定确定谁是根交换机，要保证根交换机和Master路由交换机的地位，直到网络拓扑结构出现改变。1.2.2软件方面1．EtherChannel把多条独立的以太网链路捆绑成为一条单独的逻辑链路。每个EtherChannel的接口都必须具有相同的特性，如双工模式，速度，Native,Vlanrange,Trunk,状态及类型等，以及必须都被配置为二层或三层接口。如果EtherChanne内的某一链路失效了，原来在失效链路上面传输的流量将会那条EtherChanne剩下的链路上继续传输。EtherChannel的两种协议：1.PAgP，2.LACP。EtherChannel指导原则：在每个EtherChannel中，思科设备最多允许8个端口，一个EtherChannel中必须使用相同的协议，LACL要求端口只能工作在全双工模式，一个端口不能再相同的时间内使用多个EtherChannel组，EtherChannel组内所有端口必须有相同的VLAN和nativevlan，以及相同的vlan列表，EtherChannel组内所有端口必须有相同的trunk模式和类型。2．HSRP（多层交换中的路由器冗余）热备份路由器协议HotStandbyRouterProtocol，HSRP的目标时支持特定情况下IP流量失败转移不会引起混乱，并允许主机使用单路由器，以及即使在实际第一跳路由器使用失败的情况下，仍能维护路由器间的连通性。就是说，当源主机不能动态知道第一跳路由器的IP地址时，HSRP协议能够保护第一条路由器不出故障。该协议中含有多种路由器，对应一个虚拟路由器。HSRP协议只支持一个路由器代表虚拟路由器实现数据包转发过程。终端主机将他们各自的数据包转发到该虚拟路由器上。负责转发数据包的路由器称之为主动路由器（ActiveRouter）。一旦主动路由器出现故障，HSRP将激活备份路由器（StandbyRouters）取代主动路由器。HSRP协议提供了一种决定使用主动路由器还是备份路由器的机制，并制定一个虚拟的IP地址作为网络系统的默认网关地址。如果主动路由器出现故障，备份路由器继承主动路由器的所有任务，并且不会导致主机连通中断现象。3．VRRP（多层交换中的路由器冗余）虚拟路由冗余协议在网络中，一般始终给设备设置一个或多个默认网管（DefaultGateway）。如果作为默认网管的三层设备损坏，那么所有使用该网关主机的通行必然中断。即便配置了多个默认网关，如不重新启动终端设备，也不能切换到新的网关。保定电力职业技术学院计算机网络专业毕业论文马晓旭5采用虚拟路由冗余（VRRP，VirtualRouterRedundancyProtocol）可以很好地避免静态制定网关的缺陷。一组VRRP路由器协同工作，共同构建一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。同一VRRP组的路由器由两个角色，即主控路由器和备份路由器。一个VRRP组中有且只有一台主控路由器，一台或多台备份路由器。VRRP协议使用选择策略选出一台作为主控，负责ARP响应和转发IP数据包，组中的其他路由器作为备份的角色处于待命状态。当主控路由器发生故障时，备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器，由于切换迅速且无需改变IP地址和MAC地址，所以对网络用户而言一切都时透明的。4．GLBP（多层交换中的路由器冗余）网关负载均衡协议网关负载均衡协议（GatewayLoadBalancingProtocol，GLBP）不仅能提供冗余网关，还在各个网关间提供网络负载均衡，而HSRP，VRRP都必须选定一个活动路由器，而备用路由器将处于闲置状态。2网络互联网中应用冗余技术的必要性2.1使用计算机网络冗余技术的原因随着网络应用的不断深入和发展，用户对网络可靠性的需求越来越高。网络中路由器运行动态路由协议如RIP、OSPF可以实现网络路由的冗余备份，当一个主路由发生故障后，网络可以自动切换到它的备份路由实现网络的连接。但是，对于网络边缘终端用户的主机运行一个动态路由协议来实现可靠性是不可行的。一般企业局域网通过路由器连接外网，局域网内用户主机通过配置默认网关来实现与外部网络的访问。现代网络服务的安全性和可靠性变得越来越重要，如果一个网络设备出问题时，另一网络设备会及时接管转发工作，不会造成互联网中业务中断，提高了网络的服务量质。2.2网络冗余应用后的效果两台路由器互为备份。在路由器正常时，两台路由器各自分担一部分数据流量;当其中一台路由器出现故障时，另一台路由器就会自动分担起所有数据流量，数据的传输不会受到任何的影响。这样既达到负载均衡，又实现相互备份的目的。所谓的冗余技术就是当一台设备挂掉，另一台立马起来工作。然后可以在不影响网络工作的情况下，修复这台设备。冗余技术又称储备技术，它是利用系统的并联模型来提高系统可靠性的一种手段。就是为了避免单点故障而产生的，当网络某个节点只有一台交换机或者路由器，发生故障那么这个网络就断掉，在这个网络需求很高的社会里，这将是一个巨大的损失，所以有了冗余设备的存在。冗余技术消除了单点失效，实现了网络的弹性与高可用性。保定电力职业技术学院计算机网络专业毕业论文马晓旭63冗余技术在网络互联网中应用的场合3.1工业以太网工业以太网是基于IEEE802.3(Ethernet)的强大的区域和单元网络。利用工业以太网，SIMATICNET提供了一个