２０１８年５月 第２７卷第２期 中央民族大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＭＵＣ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ｍａｙ，２０１８ Ｖｏ１．２７ ＮＯ．２ 基于ＶＲＲＰ和ＭＳＴＰ协议实现校园网高可靠性 孙光懿 （天津音乐学院图书信息中心，天津３００１７１） 摘要： ＶＲＲＰ与ＭＳＴＰ是保证网络可靠性的重要协议，本文基于二者的特性提出了实现校园网高可靠性 的设计方案，并测试了在单一网关不能正常工作的情况下，ＶＲＲＰ与ＭＳＴＰ协议的工作状态，分析了在校园网 中联合应用ＶＲＲＰ与ＭＳＴＰ协议应避免的事项，测试后证实该方案具有实用性与可操作性． 关键词： ＶＲＲＰ；ＭＳＴＰ；可靠性；网关冗余 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５—８０３６（２０１８）０２—００３７－０９ 引 言 随着教育信息化的深入推进，当前校园网已成为各院校信息化建设的重要基础设施．不仅网络功能 １３益完善，而且接人范围和用户数量呈现出逐年扩大的趋势．与此同时用户对校园网可靠性的要求也越 来越严格．为了保证校园网的可靠性并使其具有故障快速切换处理能力，本研究重新优化了网络结构， 在校园网中部署了多台三层交换机和二层交换机，并且在二者之间联合部署实施ＶＲＲＰ和ＭＳＴＰ协议． ＶＲＲＰ协议是一种标准化的网络容错协议，具有故障切换速度快、兼容性强等特点，在校园网中应用 ＶＲＲＰ协议不仅可以为广大师生提供三层网关冗余，而且还可以实现三层流量负载均衡，从而提高网络 设备利用率和用户访问互联网资源的速度．ＭＳＴＰ协议是一种标准化的新型生成树协议，具有收敛速度 快并向下兼容ＳＴＰ和ＲＳＴＰ协议等特点，应用ＭＳＴＰ协议主要是为了提高校园网二层链路的可靠性． １ 相关技术 １．１ ＶＲＲＰ协议分析 ＶＲＲＰ协议¨ 是一种标准化容错协议并具有较高的安全性，支持明文认证和ＭＤ５认证，不仅可 以在ＩＰＶ４或ＩＰＶ６网络环境下使用，而且还可以在不同厂商的设备间运行，相比ＨＳＲＰ协议来说默认计 时器的时间更短（默认计时器的时间决定了对网络故障的处理速度），因此，在世界各地的网络建设中 使用较为广泛．其设计目的就是为局域网提供三层网关冗余，保证内网主机在不需要配置任何动态路由 协议的情况下，下一跳地址具有高可靠性．其工作原理与ＨＳＲＰ协议有类似之处，也是由多台路由器组 成一个组（ＶＲＲＰ无默认组号，需要管理员指定，但是最多支持可达２５５个组，），组内路由器有三种工作 状态：Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ、Ｍａｓｔｅｒ和Ｂａｃｋｕｐ．每个ＶＲＲＰ组可以看成一个虚拟路由器，虚拟路由器有固定的ＩＰ地 址和ＭＡＣ地址，拥有最高优先级的路由器将会成为唯一一台主用路由器，其余路由器则为备用路由器． 收稿日期：２０１７—１０—２８ 作者简介：孙光懿（１９７９），男（汉族）天津市人，天津音乐学院图书信息中心工程师，硕士，主要研究方向：计算机网 络、信息技术、大数据、数据库技术． 中央民族大学学报（自然科学版） 第２７卷 在ＶＲＲＰ组内路由器优先级可选范围为０至２５５，优先级为０或２５５时则具有特定意义．如果路由器的 优先级为０，则表示当前主用路由器不再参与ＶＲＲＰ协议工作进程，此设置多用于快速触发备用路由器 转换成为新的主用路由器．当ＶＲＲＰ组的虚拟ＩＰ地址设置为组内某台路由器接口真实ＩＰ地址时，那么 这台路由器即被认为是主用路由器，优先级为２５５．在ＶＲＲＰ组中主用路由器负责响应处理网络内部主 机发送到虚拟路由器地址的数据包和数据帧，备用路由器只负责监听主用路由器以间隔１秒的频率周 期性发送的公告，公告默认保持时间为３秒．如果超过Ｍａｓｔｅｒ Ｄｏｗｎ间隔时间，备用路由器仍然没有收到 主用路由器发送的公告，那么这时备用路由器就会判定主用路由器已经失效，从而触发新的选举过程． １．２ ＭＳＴＰ协议分析 生成树协议 是一个广义的概念，随着网络的发展不断有新特性的生成树协议诞生．早期第一代 生成树协议ＳＴＰ于１９９８年问世，版本为ＩＥＥＥ ８０２．１Ｄ．它可以识别并防止以太网链路中存在的二层环 路，保证网络中不会有广播风暴的产生．但其存在一个致命的缺点：当网络拓扑发生改变时，收敛时间过 慢，（默认长达３０秒），对于大型网络来说收敛时间可能会更长，因此这是无法容忍的．为了加快生成树 协议的收敛时间，ＩＥＥＥ在８０２．１ Ｄ的基础上稍加改进，在２００１年又推出了ＲＳＴＰ协议，收敛速度相比 ＳＴＰ来说有了很大提高，但是和ＳＴＰ一样，也是一个单实例生成树协议．在三层交换技术广泛应用的年 代，网络中很可能存在着多个ＶＬＡＮ，如果网络中的交换机均应用了ＲＳＴＰ协议，那么就会造成每个 ＶＬＡＮ流量都具有相同路径的情况出现，如果这样的话不仅有可能产生次优路径，而且被阻塞的链路也 将不再承载任何ＶＬＡＮ流量信息，势必造成带宽的浪费． 随着第二代生成树协议ＰＶＳＴ和ＰＶＳＴ＋的诞生，以上问题得到了妥善的解决．ＰＶＳＴ＋是在ＰＶＳＴ 的基础上发展而来，它为网络中的每个ＶＬＡＮ均提供一颗独立的生成树，不仅可以实现二层负载的均衡 而且也使链路具有了备份功能．但是ＰＶＳＴ＋协议也有自身的局限性，首先它的思科私有协议身份，使其 不支持其他厂商的设备，兼容性差；第二如果ＶＬＡＮ个数过多，就需要维护多颗生成树的正常运行，这必 然会占用交换机大量的ＣＰＵ负载，因此对于大型多ＶＬＡＮ网络来说，ＰＶＳＴ＋协议也不适用． 鉴于以上因素，ＩＥＥＥ制定了第三代生成树协议ＭＳＴＰ ６］，目前还在不断的优化过程中．它是在思科 私有协议ＭＩＳＴＰ上演化而来的，属于标准的多生成树协议．它的出现有效弥补了第一代和第二代生成 树协议的不足，并使虚拟局域网有了更快的收敛速度和流量负载均衡的能力．它将ＲＳＴＰ的算法延伸到 了多生成树中，其目的就是通过减少网络中生成树实例的数量，（生成树实例的数量最多可减少到与活 动链路的数量相同）来降低交换机ＣＰＵ的负载．它通过定义域的概念＂ 将支持ＭＳＴＰ协议的交换机划 分到ＭＳＴ域，其他交换机则划分到ＳＳＴ域．ＭＳＴ域内可以存在多个实例，每个实例默认运行ＲＳＴＰ协议， 其中ＭＳＴ１０为缺省实例，用作内部生成树ＩＳＴ，主要用来承载所有的ＳＴＰ信息并与域外部进行交互．交 换机之间使用ＭＳＴＰ桥协议数据单元来交换拓扑信息．需要特别说明的一点是，同一ＭＳＴ域内的交换 机必须要具有相同的ＭＳＴ属性． ２ 网络拓扑设计 校园网网络拓扑如图１所示． 从拓扑图中可以看出，校园网共有四台交换机和两条百兆独享互联网出口链路，其中ＳＷ１和ＳＷ２ 为两台三层交换机，分别与教育网边界路由器Ｒ１和中国电信边界路由器Ｒ２互连，并且二者之间运行 ＶＲＲＰ协议，为校园网内部ＶＬＡＮ７０和ＶＬＡＮ８０两个网段提供三层网关的冗余和流量负载均衡．在通常 情况下，ＳＷ１负责对ＶＬＡＮ７０网段的数据包进行转发，ＳＷ２负责对ＶＬＡＮ８０网段的数据包进行转发．如 果ＳＷ１出现故障，ＳＷ２将会承担起对ＶＬＡＮ７０和ＶＬＡＮ８０网段的数据包的转发工作．同理当ＳＷ２出现 故障，ＳＷ１也会承担起对ＶＬＡＮ７０和ＶＬＡＮ８０网段的数据包的转发工作．ＳＷ３与ＳＷ４为两台二层接入 交换机，通过ＴＲＵＮＫ链路分别同时于两台三层交换机ＳＷ１和ＳＷ２互连，这样一来对于ＳＷ３和ＳＷ４来 第２期 孙光懿：基于ＶＲＲＰ和ＭＳＴＰ协议实现校阔网高可靠性 ＣＩ ｔ＊－ １１ 校羼ＩＩ叫Ｉ卅络拓扑 Ｆｉｇ １ Ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃａｍｐｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ 说分别具有了两条上行链路，其中一条作为备用上行链路，即使某条上行链路出现故障，也不会影响到 校同网的正常运行．同时在两台 层交换机ＳＷ１与ＳＷ２之间也存在一条ＴＲＵＮＫ链路．ｃ１与Ｃ２分属 为ＶＬＡＮ７０和ＶＬＡＮ８０网段的两台计算机，二者之间可以相互访问．我仃Ｊ可以清楚地看到在校冈网拓扑 结构巾存在着多个二层环路，为了避免产生广播风暴，继而影响校冈网各项业务的正常运行，我们选择 通过在ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４四台交换机上应用标准的第三代生成树协议ＭＳＴＰ来消除二层环路． 需要特别说明的一点是，由于ＶＲＲＰ主用路由器的选举过程与ＭＳＴＰ根桥的选举过程不存存任何 相关性，我们可以理解为ＭＳＴＰ协议对于ＶＲＲＰ协议的工作进程是无法感知到的，其阻塞的上行链路有 可能造成校同网ＶＥＡＮ的流量路径不是最优的．为了解决这一可能出现的问题，我们将ＶＲＲＰ主川路南 器和ＭＳＴＰ实例根桥设置为同一台 层交换机，这样就可以保证二层转发路径直接将ＶＬＡＮ流量牵引 到ＶＲＲＰ主用路由器上，从而使校园网具有较高的流量转发效率． ３ ＩＰ地址分配 在互联网提供商边界路由器Ｒ１和Ｒ２上建立环回接口ＬＯＯＰＢＡＣＫ １ １，其接Ｌ５ ＩＰ地址为９．９．９．９， ，｝ｊ于模拟公网ＤＮＳ地址．校冈网ｉ层交换机ＳＷｌ与ＳＷ２均使 ｝ｊ￥２／０接口与互联网提供商边界蹄 器 互连，且ｆ１／０、ｆ１／１、ｆ１／２接口也都工作在ＴＲＵＮＫ模式下．校同网设备端口及对应的ＩＰ地址如 ２所 爪． ４ 网络具体配置 本文所使用的四台思科交换机ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４的主要配置过程如下，虽然不同厂商的交换机 配置命令看上去会有所差别，但是对配置结果没有影响． 中央民族大学学报（自然科学版） 第２７卷 Ｃ１ Ｃ２ Ｓ￣３ ｆｏ／ｓ 甜４ ｆ０／３ ２ｌ３．６７．７０．６ ２ｌ３．６７．８０．６ ２ｌ３。６８．１９９．１ ２ｌ３。６７．７Ｏ．１ ２１３．６７．８０．１ ２５５．２５５．２５５。０ ２５５．２５５．２５５．０ ２５５．２５５．２５５．０ ２５５．２５５．２５５。０ ２５５．２５５．２５５．０ Ｒ１ ｓ３／ｏ Ｉ．ｏｏｐｂａｃｋ １ １ ９．９．９．９ ２２１．２Ｊ，Ｏ．４５．１２９ ９．９．９．９ ２ｌ３．６７．７０．２ ２１３．６７．８Ｏ．２ ２１３．６８．１９９．２ ２ｌ３．６７．７Ｄ．３ Ｒ２ Ｓ３／Ｏ Ｌｏｏｐｂａｃｋ １１ ２５５．２５５．２５５．０ ２５５．２５５．２５５．０ ２５５．２５５．２５５．０ ２５５．２５５．２５５。０ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷｌ ｖｌａｎＴＯ ｖｌａｎ８０ ｆ１，０ 以ａｎＴＯ ｖａｉｎ８０ ２１３．６７．８０．３ ２２１．２４０．４５。１３０ ２５５．２５５．２５５．０ ２５５．２５５．２５５．０ ｆｌ／ｏ 幽２校园网设备端Ｖｌ及对应的ＩＰ地址 Ｆｉｇ．２ ＩＰ ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎ ｃａｍｐｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ ４．１ 网络设备接口配置 （１）配置路由器Ｒｌ Ｒ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｌｏｏｐｂａｃｋｌｌ／／建立环回接口Ｉｌ，用来模拟公网ＤＮＳ Ｒ１（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ ９．９．９．９ ２５５．２５５．２５５．０ Ｒ１（ｅｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｓ３／Ｏ Ｒ１（ｃｏｎｆｉｇ·ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ ２１３．６８．１９９．１ ２５５．２５５．２５５．０／／／此地址用来与校园网三层交换机ＳＷ１ 相连 （２）配置路由器Ｒ２ Ｒ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｌｏｏｐｂａｃｋＩ１／／建立环回接ＩＺｌ ｌｌ，用来模拟公网ＤＮＳ ｔｌ２（ｃｏｎｆｉｇ·ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ ９．９．９．９ ２５５．２５５．２５５．０ Ｒ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｓ３／Ｏ Ｒ２（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄｒｅｓｓ ２２１．２４０．４５．１２９ ２５５．２５５．２５５．０／／／此地址用来与校园网三层交换机ＳＷ２ 相连 （３）配置校园网三层交换机ＳＷ１ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｓ２／Ｏ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄ ２１３．６８．１９９．２ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷｌ（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｖｌａｎ７０ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄ ２１３．６７．７０．２ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｖｌａｎ８０ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄ ２１３．６７．８０．２ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷＩ（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｒａｎｇｅ ｆｌ／Ｏ一２ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ－ｒａｎｇｅ）＃ｓｗ ｍｏｄｅ ｔｒ／／将ｆｌ／０、ｆｌ／１、ｆｌ／２三个端口设置成ＴＲＵＮＫ工作模式 （４）配置校园网三层交换机ＳＷ２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｓ２／Ｏ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ·ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄ ２２１．２４０．４５．１３０ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｖｌａｎ７０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄ ２１３．６７．７０．３ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｖｌａｎ８０ 第２期 孙光懿：基于ＶＲＲＰ和ＮＳＴＰ协议实现校园网高可靠性 ４１ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｉｐ ａｄｄ ２１３．６ ７．８０．３ ２５５．２５５．２５５．０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ｒａｎｇｅ ｆｌ／Ｏ一２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ－ｒａｎｇｅ）＃ｓｗ ｍｏｄｅ ｔｒ／／将ｆｌ／０、ｆｌ／１、ｆｌ／２三个端口设置成ＴＲＵＮＫ工作模式 ４．２配置路由 为了使校园网用户能够安全可靠的访问互联网资源，我们在校园网出ＶＩ三层交换机与互联网运营 商边界路由器之间配置安全性更高并且不占用网络带宽的静态路由． Ｒ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｐ ｒｏｕｔｅ ２１３．６７．７０．０ ０．０．０．２５５ ２１３．６８．１９９．２ Ｒ１（ｅｏｎｆｉｇ）＃ｉｐ ｒｏｕｔｅ ２１３．６７．８０．０ ０．０．０．２５５ ２１３．６８．１９９．２ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｐ ｒｏｕｔｅ ０．０．０．０ ０．０．０．０ ２１３．６８．１９９．１ Ｒ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｐ ｒｏｕｔｅ ２１３．６７．７０．０ ０．０．０．２５５ ２２１．２４０．４５．１３０ Ｒ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｐ ｒｏｕｔｅ ２１３．６７．８０．０ ０．０．０．２５５ ２２１．２４０．４５．１３０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｐ ｒｏｕｔｅ ０．０．０．０ ０．０．０．０ ２２１．２４０．４５．１２９ ４．３ 配置ＶＲＲＰ ４．３．１ 配置三层网关冗余 实现三层网关冗余 是ＶＲＲＰ协议最重要的功能，该功能可以有效地降低网络路由黑洞的持续 时间，并实现流量的负载均衡．我们将三层交换机ＳＷ１与ＳＷ２同时作为ＶＲＲＰ７０组和ＶＲＲＰ８０组的成 员，且组内成员拥有一致的虚拟ＩＰ地址．校园网内终端计算机设置这个虚拟ＩＰ地址为自己的缺省路 由，与外界进行通信． （１）配置校园网三层交换机ＳＷ１ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ＶＬＡＮ７０ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ７０ ｉｐ ２１３．６７．７０．１／／建立校园网ＶＬＡＮ７０网段网关地址 ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ＶＬＡＮ８０ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ．ｉｆ）≠｝ｖｒｒｐ ８０ ｉｐ ２１３．６７．８０．１／／建立校园网ＶＬＡＮ８０网段网关地 （２）配置校园网三层交换机ＳＷ２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ＶＬＡＮ７０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ７０ ｉｐ ２１３．６７．７０．１／／建立校园网ＶＬＡＮ７０网段网关地址 ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｉｎｔ ＶＬＡＮ８０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ８０ ｉｐ ２１３．６７．８０．１／／建立校园网ＶＬＡＮ８０网段网关地 ４．３．２在校园网三层交换机ＳＷ１与ＳＷ２上配置ＶＲＲＰ优先级 在ＶＲＲＰ协议中只有主用路由器才可以转发数据报文且报文只有一种，主用路由器的选举由ＶＲ－ ＲＰ组中路由器的优先级决定，（路由器默认优先级为１００） 组中具有最高优先级的路由器将会被选举为主用路由器．但是有一个例外，如果ＶＲＲＰ组的虚拟 ＩＰ地址设置为组中某个成员的ＩＰ地址，那么拥有这个ＩＰ地址的路由器将被优先选举为主用路由器． （１）配置校园网三层交换机ＳＷ１ ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ．ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ７０ ｐｒｉｏｒｉｔｙ １５０／／将校园网三层交换机ＳＷ１设置为ＶＲＲＰ７０组中优先级最高的 路由器 ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ—ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ８０ ｐｒｉｏｒｉｔｙ １４０ （２）配置校园网三层交换机ＳＷ２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ７０ ｐｒｉｏｒｉｔｙ １４０ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ．ｉｆ）＃ｖｒｒｐ ８０ ｐｒｉｏｒｉｔｙ １５０／／将校园网三层交换机ＳＷ２设置为ＶＲＲＰ８０组中优先级最高 的路由器 ４．３．３在校园网三层交换机ＳＷ１与ＳＷ２上配置ＶＲＲＰ抢占特性 ４２ 中央民族大学学报（自然科学版） 第２７卷 为了让ＶＲＲＰ组中拥有最高优先级的成员成为主用路由器，以及保证在主用路由器发生故障的情 况下，拥有最高优先级的备用路由器能够成为新的主用路由器，我们有必要为ＶＲＲＰ组中的成员配置抢 占特性¨。。，如果网络环境不够稳定，还应该同时设置延迟时间．其主要目的是为了避免由于网络环境不 稳定，所造成ＶＲＲＰ组内主用路由器频繁更换这种情况的发生．配置抢占特性后，三层交换机ＳＷ１、ＳＷ２ 分别成为ＶＲＲＰ７０组和ＶＲＲＰ８０组中的主用路由器，ＳＷ２、ＳＷ１分别成为ＶＲＲＰ７０组和ＶＲＲＰ８０组中 的备用路由器． （１）配置校园网三层交换机ＳＷｌ ＳＷ １（ｃｏｎｆｉｇ－ｓｕｂｉｆ）＃ｖｒｒｐ ７０ ｐｒｅｅ ＳＷ ｌ（ｃｏｎｆｉｇ－ｓｕｂｉｆ）＃ｖｒｒｐ ８０ ｐｒｅｅ （２）配置校园网三层交换机ＳＷ２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｓｕｂｉｆ）＃ｖｒｒｐ ７０ ｐｒｅｅ ＳＷ２（ｅｏｎｆｉｇ－ｓｕｂｉｆ）＃ｖｒｒｐ ８０ ｐｒｅｅ ４．４配置ＭＳＴＰ 我们将校园网ＶＬＡＮ７０与ＶＬＡＮ８０两个网段的生成树分别映射到实例１和实例２中… ，同时将 三层交换机ＳＷ１设置为实例１的根交换机，ＳＷ２设置为实例２的根交换机，这样就可以保证ＶＲＲＰ主 用路由器和ＭＳＴＰ实例根桥为同一设备，从而避免流量次优路径的产生． （１）配置校园网三层交换机ＳＷ１ ＳＷｌ（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ．ｔｒｅｅ ｍｏ ｒｅｓｔ／／将默认的ＰＶＳＴ＋生成树模式，改为ＭＳＴＰ ＳＷｌ（ｅｏｎｆｉｇ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｒｅｓｔ ｃｏｎｆｉｇ／／进入ＭＳＴＰ配置模式 ＳＷ１（ｃｏｎｆｉｇ．ｅｓｔ）＃ｎａｍｅ ｔｒｊｃｍ／／设置ＭＳＴＰ名 ＳＷ１（ｅｏｎｆｉｇ ｒｅｓｔ）＃ｒｅｖｉｓｉｏｎ ２／／同一ＭＳＴ域内的交换机的名字与Ｒｅｖｉｓｉｏｎ号具有一致性 ＳＷｌ（ｃｏｎｆｉｇ．ｍｓｔ）＃ｉｎｓｔａｎｃｅ １ ｖｌａｎ７０／／将ＶＬＡＮ７０映射到实例１ ＳＷｌ（ｃｏｎｆｉｇ．ｍｓｔ）＃ｉｎｓｔａｎｃｅ ２ ｖｌａｎ８０／／将ＶＬＡＮ８０映射到实例２ ＳＷ１（ｅｏｎｆｉｇ．ｍｓｔ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｍｓｔ １ ｐｒｉ ４０９６／／将ＳＷＩ设置为实例１的根交换机 ＳＷ１（ｅｏｎｆｉｇ—ｅｓｔ）＃ｓｐａｎｎｉｒｎｇ－ｔｒｅｅ ｒｅｓｔ ２ ｐｒｉ ８１９２／／将ＳＷ１设置为实例２的备用根交换机 （２）配置校园网三层交换机ＳＷ２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｍｏ ｍｓｔ／／将默认的ＰＶＳＴ＋生成树模式，改为ＭＳＴＰ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｒｅｓｔ ｅｏｎｆｉｇ／／进入ＭＳＴＰ配置模式 ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｅｓｔ）＃ｎａｍｅｒ ｔｊｃｍ ＳＷ２（ｅｏｎｆｉｇ－ｍｓｔ）＃ｒｅｖｉｓｉｏｎ ２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ．ｅｓｔ）＃ｉｒｎｓｔａｎｃｅ １ ｖｌａｎ７０／／将ＶＬＡＮ７０映射到实例１ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ．ｒｅｓｔ）＃ｉｎｓｔａｎｃｅ ２ ｖｌａｎ８０／／将ＶＬＡＮ８０映射到实例２ ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｍｓｔ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｒｅｓｔ ２ ｐｒｉ ４０９６／／将ＳＷ２设置为实例２的根交换机 ＳＷ２（ｃｏｎｆｉｇ－ｒｅｓｔ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｍｓｔ １ ｐｒｉ ８１９２／／将ＳＷ２设置为实例１的备用根交换机 （３）配置校园网二层交换机ＳＷ３（二层交换机ＳＷ４的配置与ＳＷ３相同） ＳＷ３（ｃｏｎｆｉｇ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ·ｔｒｅｅ ｍｏ ｍｓｔ／／将默认的ＰＶＳＴ＋生成树模式，改为ＭＳＴＰ ＳＷ３（ｅｏｎｆｉｇ）＃ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｒｅｓｔ ｃｏｎｆｉｇ ＳＷ３（ｅｏｎｆｉｇ－ｍｓｔ）＃ｎａｍｅ ｔｊｃｍ ＳＷ３（ｅｏｎｆｉｇ—ｒｅｓｔ）＃ｒｅｖｉｓｉｏｎ ２ ＳＷ３（ｃｏｎｆｉｇ．ｒｅｓｔ）＃ｉｎｓｔａｎｃｅ １ ｖｌａｎ７０／／将ＶＬＡＮ７０映射到实例１ ＳＷ３（ｃｏｎｆｉｇ．ｒｅｓｔ）＃ｉｎｓｔａｎｃｅ ２ ｖｌａｎ８０／／将ＶＬＡＮ８０映射到实例２ 笫２ 孙光懿：基于ＶＲＲＰ和ＭＳＴＰ协议实现校园网高可靠性 ５ 网络测试 ５．１ 校园网正常情况下测试 由于校园网用户对互联网资源的访问过程具有高度相似性，在这里我们以计算机ｃ１为例，分别对 模拟的公网ＤＮＳ地址９．９．９．９和ＶＬＡＮ８０网段所属计算机ｃ２进行访问测试，并使用ｓｈ ｖｒｒｐ ｂｒｉ命令与 ｓｈ ｓｐａｎｎｉｎｇ－ｔｒｅｅ ｍｓｔ命令，查看校园中ＶＲＲＰ和ＭＳＴＰ协议的运行状态． （１）测试访问公网ＤＮＳ地址９．９．９．９的连通性 ＶＰＣＳ。 ＞ｓｈ ｉｐ ＮＡＭＥ：ＶＰＣＳ Ｅ ］ ＩＰ／ＭＡＳＫ：２１ ３．６７．７０．６／２４ ＧＡＴＥＷＡＹ：２１３．６７．７０．１ ＭＡＣ：００：５０：７９：６６：６８： ＶＰＣＳ。＞ｐｉｎｇ ９．９．９．９ ９．９．９．９ ｉｅｍｐｓｅｑ＝ｌ ｔｔｌ＝２５４ ｔｉｍｅ＝９５．００９ ｍｓ —９．９．９．９ ｉｃｍｐｓｅｑ＝２ ｔｔｌ＝２５４ ｔｉｍｅ＝ｌｌ２．Ｏ１５ ｍｓ —９．９．９．９ ｉｃｍｐｓｅｑ＝３ ｔｔｌ＝２５４ ｔｉｍｅ＝ｌ２６．０２３ ｍｓ —ＶＰＣＳ ＞ｔｒａｃｅ ９．９．９．９ ｔｒａｃｅ ｔｏ ９．９．９．９，８ ｈｏｐｓ ｍａｘ，ｐｒｅｓｓ Ｃｔｒｌ＋Ｃ ｔｏ ｓｔｏｐ １ ２ｌ３．６７．７０．２ ５７．０２４ ｍｓ １０．０ｌｌ ｍｓ １９．０００ ｍｓ ２ ２ｌ３．６８．１９９．１ Ｉ２４．２０８ ｍｓ （２）测试访问ＶＬＡＮ８０网段所属计算机Ｃ２的连通性 ＶＰＣＳ ＞ｐｉｎｇ ２ｌ３．６７．８０．６ —２１３．６７．８０．６ ｉｃｍｐｓｅｑ＝１ ｔｔｌ＝２５４ ｔｉｍｅ＝１０５．０２９ ｍｓ ２１３．６７．８ ０＿６ ｉｃｍｐｓｅｑ＝２ ｎｌ＝２５４ ｔｉｍｅ＝ｌ１４．１ｌ３ ｍｓ —２１３．６７．８０．６ ｉｃｍｐ ｓｅｑ＝３ ｔｔｌ：２５４ ｔｉｍｅ＝１２１．０１６ Ｉｌｌｓ （３）校园网ｉ层交换机ＳＷｌ上ＶＲＲＰ协议的运行状态如图３所示 图３ ｖｒｒｐ协议在ＳＷｌ上的运行状态 Ｆｉｇ．３ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ＶＲ ＲＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｏｉｌ ｔｈｅ Ｓｗｉｔｃｈ Ｓ （４）校同网 层交换机ＳＷ２上ＶＲＲＰ协议的运行状态如图４所示 图４ ｖｒｒｐ协议在ＳＷ２上的运行状态 Ｆｉｇ．４ Ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ＶＲＲＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｗｉｔｃｈ ＳＷ２ （５）校园网三层交换机ＳＷｌ上ＭＳＴＰ协议实例１的运行状态 ＳＷ １－ＳＷ＃ｓｈｏｗ ｓｐａｎｎｉｎｇ—ｔｒｅｅ ｍｓｔ １ 中央民族大学学报（自然科学版） 第２７卷 ＃＃＃＃＃样ＭＳＴ １ ｖｌａｎｓ ｍａｐｐｅｄ：７０ ＢｒｉｄｇｅＡｄｄｒ：０１ｄＯ．ｆ４ｆｆ．５ｅ２ｆ／／交换机ＳＷ１的ＭＡＣ地址 Ｐｒｉｏｒｉｔｙ：４０９６ ／／优先级为４０９６ ＴｉｍｅＳｉｎｅｅＴｏｐｏｌｏｇｙＣｈａｎｇｅ：０ ｄ：２ｈ：２２ ｍ：１ １ Ｓ ＴｏｐｏｌｏｇｙＣｈａｎｇｅｓ：Ｏ ＤｅｓｉｇｎａｔｅｄＲｏｏｔ：１００１０１ＤＯＦ４ＦＦ５Ｅ２Ｆ后１２位ＭＡＣ地址与ＳＷＩ自身的ＭＡＣ地址相同，这说明ＳＷ１ 是实例１的生成树的根交换机 （６）校园网三层交换机ＳＷ２上ＭＳＴＰ协议实例２的运行状态 ＳＷ２·－ＳＷ＃ｓｈｏｗ ｓｐａｎｎｉｎｇ—－ｔｒｅｅ ｍｓｔ ２ ＃＃＃＃＃＃ＭＳＴ ２ ｖｌａｎｓ ｍａｐｐｅｄ：８０ ＢｒｉｄｇｅＡｄｄｒ：０１ ｄＯ．ｆ４ｆｆ．４６７２／／交换机ＳＷ１的ＭＡＣ地址 Ｐｒｉｏｒｉｔｙ：４０９６ ＴｏｐｏｌｏｇｙＣｈａｎｇｅｓ：０ ／／优先级为４０９６ ＴｉｍｅＳｉｎｃｅＴｏｐｏｌｏｇｙＣｈａｎｇｅ：０ ｄ：２ｈ：３５ ｍ：１８ Ｓ Ｄｅｓ唔ｎａｔｅｄＲ０ｏｔ：１００１０１ ＤＯＦ４ＦＦ４６７２ 测试后得知，校园网内各网段用户均可以正常访问互联网资源，并且各用户之间还可以实现互访． ＶＲＲＰ７０组的虚拟ＩＰ地址为２１３．６７．７０．１即ＶＬＡＮ７０用户网关地址，三层交换机ＳＷ１为其主用路由 器，ＳＷ２为其备用路由器．ＶＲＲＰ８０组的虚拟ＩＰ地址为２１３．６７．８０．１即ＶＬＡＮ８０用户网关地址，三层交 换机ＳＷ１为其备用路由器，ＳＷ２为其主用路由器．ＭＳＴＰ实例１的根交换机为ＳＷ１，备用交换机为 ＳＷ２；实例２的根交换机为ＳＷ２，备用交换机为ＳＷ１．计算机ｃ１访问互联网资源，数据包首先经ＳＷ３与 ＳＷ１之间的链路到达ＳＷ１（ＳＷ３与ＳＷ２之间的链路此时处于阻塞状态），再由ＳＷ１将数据包发往教育 网边界路由器Ｒ１，最后到达目的地址．而计算机ｃ２访问互联网资源，数据包走的是完全不同的一条链 路，首先经ＳＷ４与ＳＷ２之间的链路到达ＳＷ２（ＳＷ４与ＳＷ１之间的链路此时处于阻塞状态），再由ＳＷ２ 将数据包发往电信边界路由器Ｒ２，最后到达目的地址． ５．２网络故障下测试 以三层交换机ＳＷ１不能正常工作为例，模拟校园网发生故障．测试后发现，校园网各网段用户不仅 访问互联网资源没有受到任何影响，而且用户之间仍然可以互访．只是ＶＲＲＰ７０组的主用路由器与 ＭＳＴＰ实例１的根交换机变为了ＳＷ２．计算机ｃ１访问互联网资源，数据包首先经ＳＷ３与ＳＷ２之间的链 路到达ＳＷ２，再由ＳＷ２将数据包发往电信边界路由器Ｒ２，最后到达目的地址．计算机ｃ２访问互联网资 源，数据包的转发路径未发生改变．可见，当某台三层设备不能正常工作以后，ＶＲＲＰ组的主用路由器与 ＭＳＴＰ实例根交换机会自动切换，从而保证了校园网用户的正常通信． ６ 结 语 为了保证校园网的可靠性，本文基于校园网的拓扑结构，提出在其三层交换机与二层交换机之间联 合应用ＶＲＲＰ与ＭＳＴＰ协议的方案，测试后证实该方案不仅使校园网三层网关与二层链路的可靠性有 了大幅提高而且也还实现了流量的负载均衡．单一网关故障或单一二层上行链路故障，均不会对校园网 用户造成任何影响． 参考文献： ［１］ 崔北亮．ＣＣＮＡ认证指南（６４０—８０２）［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００９ ［２］ ＫＡＲＬ ＳＯＬＩＥ．ＣＣＩＥ实验指南［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，２０１０． 第２期 孙光懿：基于ＶＲＲＰ和ＭＳＴＰ协议实现校园网高可靠性 ４５ ２０１２． ［３］ 王隆杰．思科网络实验室ＣＣＮＰ实验指南［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１３，（３）：２０—２２． ［４］ 王轶群．ＶＲＲＰ路由协议介绍及配置［Ｊ］．赤峰学院学报（自然科学版），邹仁明，基于冗余架构的校园网多出口系统的设计与实现［Ｊ］．计算机科学，２０１２，（３９）：２１９—２２２． ［５］ 张志成，［６］ 刘蓝田，王黎．多生成树（ＭＳＴ）协议特性及应用［Ｊ］．现代电子工程，２００９，（３）：２５—２７． ［７］ 刘卫斌．以太网环路保护协议ＳＴＰ研究［Ｄ］．南京：南京理工大学，２００８． ［８］ 徐济成，朱昊，李静月．基于ＶＲＲＰ的网络鲁棒性研究［Ｊ］．重庆文理学院学报，２０１５，３４（２）：９５—９８． ［９］ 贾娟，斌强，杨帅．一种基于ＶＲＲＰ的核心路由器高可用性方法研究与实现［Ｊ］．电子技术与应用，２００７，（２）：１１０ —１１２． 罗定福，陈永松．ＶＲＲＰ多备份组的设计与实现［Ｊ］．齐齐哈尔大学学报，２０１２，２８（４）：７０—７２． 陈增吉．基于ＶＲＲＰ＋ＭＳＴＰ协议的可靠性网络设计［Ｊ］．计算机应用与软件，２００９，２６（４）：２０８—２１１． 于占虎．基于ＭＳＴＰ和ＶＲＲＰ的高可靠性网络设计［Ｊ］．数字技术与应用，２０１４，（３）：１３２—１３３． ＩＥＥＥ ８０２．１ Ｑ一１ ９９８ ＩＥＥＥ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｌｏｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｖｉｒｔｕａｌ Ｂｒｉｄｇｅｄ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ［ｓ］．１９９８． ［１４］ ＭＡＴＨＩＡＳＨＥＩＮ，ＤＡＶＩＤ ＧＲＩＦＦＩＴＨＳ，ＯＲＮＡ ＢＥＲＲＹ．Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ：Ｆｒｏｍ ＬＡＮ ｔＯ ｓｗｉｔｃｈｅｄ ＬＡＮ ｔｏ ｖｉｔｒｕａｌ ＬＡＮ［Ｍ］．Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ：Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｅｘｅｃｕｔｉｖｅ Ｐｒｅｓｓ，１９９６． ＮＣＺ Ｋ，ＷＥＬＳＨ Ｍ．Ｍｏｔｅｔｒａｃｋ：Ａ ｒｏｂｕｓｔ，ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔＯ ＲＦ—ｂａｓｅｄ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｔｒａｃｋｉｎｇ［Ｃ］／／Ｌｏｃａｔｉｏｎ－ ［１５］ ＬＯＲＩａｎｄ Ｃｏｎｔｅｘｔ－Ａｗａｒｅｎｅｓｓ．Ｂｅｒｌｉｎ日ｅ 舾Ｐｒｇ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００５：６３—８２． ［１６］ 孙光懿．基于ＶＲＲＰ和ＮＡＴ多出口校园网可靠性仿真试验设计［Ｊ］．中央民族大学学报（自然科学版），２０１７， （３）：４５—５３． Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ Ｃａｍｐｕｓ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＶＲＲＰ ａｎｄ ＭＳＴＰ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ＳＵＮ Ｇｕａｎｇ—ｙｉ （Ｌｉｂｒａｒｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，ｎ０ｎｊｉｎ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｏｒｙ ｏｆＭｕｓｉｃ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１７１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＶＲＲＰ ａｎｄ ＭＳＴＰ ａｒｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒ－ ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ＶＲＲＰ ａｎｄ ＭＳＴＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｏｆｆｅｒｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｌａｎ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ｃａｍｐｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｉｔ ａｌｓｏ ｔｅｓｔｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｔａｔｅ ｏｆ ＶＲＲＰ ａｎｄ ＭＳＴＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｓｅ ｏｆ ａ ｓｉｎｇｌｅ ｇａｔｅｗａｙ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｔｈｅｎ ｉｔ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｎｅｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｖｏｉｄｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＶＲＲＰ ａｎｄ ＭＳＴＰ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｉｎ ｃａｍｐｕｓ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＶＲＲＰ；ＭＳＴＰ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｇａｔｅｗａｙ ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ ［责任编辑：关紫烽］