計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)-基于VLAN的網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡和冗余備份

1、基于VLAN的網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡和冗余備份 摘要：本次設(shè)計(jì)采用了基于VLAN的VRRP，以實(shí)現(xiàn)基于VLAN的網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡和冗余備份。VRRP虛擬網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議通過虛擬出一臺(tái)網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡和冗余備份。用戶網(wǎng)關(guān)指向虛擬網(wǎng)關(guān)，但真正轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的是真實(shí)的網(wǎng)關(guān)（master）.可以基于VLAN做負(fù)載均衡和冗余備份。一方面充分利用了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源，緩解了單個(gè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)所有流量的壓力。提高了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。令一方面，處于備份的網(wǎng)關(guān)同時(shí)可以提供冗余，使得在一個(gè)網(wǎng)關(guān)發(fā)生故障的時(shí)候備份網(wǎng)關(guān)可以充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)。基于VLAN的VRRP，使得每個(gè)網(wǎng)關(guān)都在一個(gè)虛擬組中充當(dāng)主路由器，并轉(zhuǎn)發(fā)流量，并且在另一個(gè)組中充當(dāng)冗余備份

2、的作用。1需求分析 背景分析：某中型企業(yè)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)具有近 3000 各節(jié)點(diǎn)，隨著企業(yè)經(jīng)營規(guī)模的不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的增 多，原有的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)越來越不適應(yīng)新形式的發(fā)展。為加強(qiáng)企業(yè)信息建設(shè)水平，企業(yè)希望改造企 業(yè)內(nèi)部原來的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，新改造的網(wǎng)絡(luò)遵循“安全性、可管理性、穩(wěn)定性”。首先需要保障企業(yè) 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)出口穩(wěn)定可靠性，其次病毒侵入與非法攻擊是目前企業(yè)網(wǎng)絡(luò)最大的安全隱患，新網(wǎng) 絡(luò)要具有防止網(wǎng)絡(luò)蠕蟲病毒擴(kuò)散、DDoS 攻擊和惡意的 IP 掃描現(xiàn)象出現(xiàn)。此外在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)帶寬 資源利用率上，網(wǎng)絡(luò)的可管理性上都應(yīng)比目前有很大的改進(jìn)。某中型企業(yè)要求新的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，需嚴(yán)格遵循“安全性；可管理性；穩(wěn)定性”的原則

3、. （1）用戶需求需求 1：為了保證網(wǎng)絡(luò)出口穩(wěn)定可靠性：企業(yè)采用雙核心雙出口的設(shè)計(jì)，并且基于VLAN做網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和冗余備份。分析 1：出口兩臺(tái)設(shè)備連接兩條線路，可采用 VRRP 技術(shù)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，使得客戶端連接外 網(wǎng)透明化。需求 2： 為了保證網(wǎng)絡(luò)安全可靠性：企業(yè)要求核心設(shè)備支持防 DDoS 攻擊、防惡意的 IP 掃描。 因此，企業(yè)要求內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)能實(shí)現(xiàn)在核心層、接入層防止網(wǎng)絡(luò)蠕蟲病毒擴(kuò)散。要求核 心和接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能支持 VLAN 的劃分，降低網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播數(shù)據(jù)包的傳播，提高帶寬 資源利用率，防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。分析 2:以上需求是對(duì)產(chǎn)品本身功能的需求，核心可采用 RG-S6800E

4、系列交換機(jī)，接入可采 用安全接入交換機(jī) RG-S2100 系列需求 3： 網(wǎng)絡(luò)具有可管理性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需能夠支持靈活多樣的管理方式，可以減輕管理、維 護(hù)的難度。分析 3: 所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均配置遠(yuǎn)程管理功能，使得用戶可以在本地登陸各個(gè)設(shè)備。 （2）技術(shù)目標(biāo)統(tǒng)一性、完整性、經(jīng)濟(jì)實(shí)用性、可靠性與有效性、擴(kuò)展性與先進(jìn)性、安全性。安全性：保證辦公網(wǎng)絡(luò)具有信息安全的功能，主要包括：設(shè)備的安全性、應(yīng)用級(jí)的安全性、網(wǎng)絡(luò)級(jí)的安全性、數(shù)據(jù)級(jí)的安全性。由于辦公網(wǎng)絡(luò)用戶離不開與外界進(jìn)行交流，在享受Internet的服務(wù)的同時(shí)，防范網(wǎng)絡(luò)病毒、木馬等系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的破壞，防止黑客入侵造成數(shù)據(jù)丟失或泄密等。2、方案設(shè)計(jì) 基于VLA

5、N的網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡和冗余備份。(1)邏輯設(shè)計(jì)拓?fù)湓O(shè)計(jì)：3、方案的實(shí)施【地址規(guī)劃】設(shè)備IP 地址備注R2624-A02/24R2624-A int vlan 10,vlan20R2624-B03/24R2624-B int vlan10,vlan20虛擬備份組 10/24虛擬備份組 10虛擬備份組 20/24虛擬備份組 20【實(shí)驗(yàn)步驟】本實(shí)驗(yàn)配置包括以下幾個(gè)部分： 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本配置及基本測試； vrrp 功能配置及驗(yàn)證；vrrp 功能測試。第一步 設(shè)備基本配置及網(wǎng)絡(luò)測試。（1）R624-A交換機(jī)基本配置。在實(shí)驗(yàn)

6、中 S2126G-A 交換機(jī)用作二層設(shè)備。R624a(config)#line con 0R624a(config-line)#exec-t 0 0R624a(config-line)#logg sR624a(config-line)#exitR624a(config)#no ip domain-looR2624a(config)#no ip domain-looR624a(config)#R624a(config)#R624a(config)#R624a(config)#R624a(config)#host 2624-AR624-A(config)#enaR624-A(config)#ena

7、ble passR624-A(config)#enable password ciscoR624-A(config)#vlan 10 R624-A(config-vlan)#vlan 20R624-A(config-vlan)#int vlan 10R624-A(config-if)#no shutR624-A(config-if)#ip add 02 R624-A(config-if)#int vlan 20R624-A(config-if)#no shutR624-A(config-if)#ip add 02 255.25

8、5.255.0 R624-A(config-if)#int f1/0 R624-A(config-if)#swR624-A(config-if)#switchport mode trR624-A(config-if)#switchport mode trunk R624-A(config-if)#（2）R624-B 交換機(jī)基本配置。在實(shí)驗(yàn)中 S2126G-A 交換機(jī)用作二層設(shè)備。R624b(config)#line con 0R624b(config-line)#exec-t 0 0R624b(config-line)#logg sR624b(config-line)#exitR624b(co

9、nfig)#no ip domain-looR624b(config)#host 2624-BR624-B(config)#vlan 10R624-B(config-vlan)#vlan 20R624-B(config-vlan)#int vlan 10R624-B(config-if)#no shutR624-B(config-if)#ip add 03 R624-B(config-if)#int vlan 20R624-B(config-if)#no shutR624-B(config-if)#ip add 03 255.

10、255.255.0R624-B(config-if)#int f1/0R624-B(config-if)#sw m t（3）S3550-24-A 交換機(jī)基本配置。在實(shí)驗(yàn)中 S3550-24-A 交換機(jī)也用作二層設(shè)備。RouterenRouter#conf tRouter(config)#host 3550-24-A3550-24-A(config)#int range f0/0 -33550-24-A(config-if-range)#sw mode trunk3550-24-A(config-if-range)#end(4)S2126-A的配置。Router(config)#host 212

11、6-A2126-A(config)#END2126-A#vlan da2126-A(vlan)#vlan 102126-A(vlan)#vlan 20VLAN 20 added: Name: VLAN00202126-A(vlan)#exit2126-A#conf t2126-A(config)#int f0/02126-A(config-if)#sw m a2126-A(config-if)#sw a vlan 102126-A(config-if)#int f0/12126-A(config-if)#sw m a2126-A(config-if)#sw a vlan 202126-A(co

12、nfig-if)#end2126-A#sh 2126-A#2126-A#sh vlan-sVLAN Name Status Ports- - - -1 default active Fa0/2, Fa0/3, Fa0/4, Fa0/5 Fa0/6, Fa0/7, Fa0/8, Fa0/9 Fa0/10, Fa0/11, Fa0/12, Fa0/13 Fa0/14, Fa0/1510 VLAN0010 active Fa0/020 VLAN0020 active Fa0/11002 fddi-default active 1003 token-ring-default active 1004 f

13、ddinet-default active 1005 trnet-default active 2126-A#conf t2126-A(config)#int f0/142126-A(config-if)#sw m t2126-A(config-if)#switchport mode trunk 2126-A(config-if)#end（5）2126-B的配置Router#conf tRouter(config)#host S2126-BS2126-B(config)#endS2126-B#vlanS2126-B#S2126-B#vlan da S2126-B(vlan)#vlan 1 S2

14、126-B(vlan)#vlan 2S2126-B(vlan)#vlan 3S2126-B(vlan)#exitS2126-B#conf tS2126-B(config)#int f0/0S2126-B(config-if)#switchport mode access S2126-B(config-if)#switchport access vlan 10S2126-B(config)#endS2126-B#S2126-B#vlan da S2126-B(vlan)#vlan 10S2126-B(vlan)#vlan 20S2126-B(vlan)#exitS2126-B#S2126-B#c

15、onf tS2126-B(config)#line con 0S2126-B(config-line)#exec-t 0 0S2126-B(config-line)#logg sS2126-B(config-line)#exitS2126-B(config)#no ip do loS2126-B(config)#endS2126-B#S2126-B#vlan daS2126-B(vlan)#vlan 10S2126-B(vlan)#vlan daS2126-B(vlan)#vlan 20S2126-B#conf tS2126-B(config)#int f0/1S2126-B(config-i

16、f)#sw m a S2126-B(config-if)#sw a vlan 20S2126-B(config-if)#endS2126-B#sh vlan-sVLAN Name Status Ports- - - -1 default active Fa0/2, Fa0/3, Fa0/4, Fa0/5 Fa0/6, Fa0/7, Fa0/8, Fa0/9 Fa0/10, Fa0/11, Fa0/12, Fa0/13 Fa0/14, Fa0/152 VLAN0002 active 3 VLAN0003 active 10 VLAN0010 active Fa0/020 VLAN0020 act

17、ive Fa0/11002 fddi-default active 1003 token-ring-default active 1004 fddinet-default active 1005 trnet-default active （6）測試網(wǎng)絡(luò)連通性。通過 ping 測試，網(wǎng)絡(luò)通信正常。如果測試失敗，請(qǐng)檢查設(shè)備基本配置。2624-A#p 03Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 03, timeout is 2 seconds:!Success rate

18、 is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 24/70/124 ms2624-A#p 172.16.2032624-A#p 03Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 03, timeout is 2 seconds:!Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 16/80/148 ms！在 R2624-A 上，使用 ping 命令來測試到

19、R2624-B 的連通性。2624-B#ping 02Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 02, timeout is 2 seconds:.!Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 28/64/116 ms2624-B#ping 02 Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to

20、02, timeout is 2 seconds:.!Success rate is 80 percent (4/5), round-trip min/avg/max = 20/79/156 ms！在 R2624-A 上，使用 ping 命令來測試到 R2624-A 的連通性。第二步 在路由器上配置 vrrp 功能。VRRP 功能是通過配置兩臺(tái) R2624 路由器來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，我們實(shí)現(xiàn)兩個(gè)備份組，虛 擬出兩個(gè) ip 地址：虛擬備份組 10 ip 地址為 /24；虛擬備份組 20ip地址為/24。（1）在 R2624-A

21、上做以下配置：2624-A(config)#int vlan 10 進(jìn)入虛擬SVI接口2624-A(config-if)#vrrp 10 ip 配置vrrp組10，IP為2624-A(config-if)#vrrp 10 priority 101 配置它的優(yōu)先級(jí)為101，使他成為master.2624-A(config-if)#int vlan 20 進(jìn)入虛擬SVI接口2624-A(config-if)#vrrp 20 ip 配置vrrp組20,IP為2624-A(config-if)#end（2）在 R2

22、624-B 上做以下配置：2624-B(config)#int vlan 10 進(jìn)入虛擬SVI接口2624-B(config-if)#vrrp 10 ip 配置vrrp組10，IP為2624-B(config-if)#int vlan 20 進(jìn)入虛擬SVI接口2624-B(config-if)#vrrp 20 ip 配置vrrp組20,IP為2624-B(config-if)#vrrp 20 priority 101配置它的優(yōu)先級(jí)為101，使他成為master.2624-B(config-if)#end26

23、24-B#注意：兩臺(tái)三層交換機(jī)都是基于VLAN做的VRRP。R2624-A#show vrrp brief2624-A#sh vrrp briInterface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addrVl10 10 101 3605 Y Master 02 Vl20 20 100 3609 Y Backup 03 對(duì)備份組 10 虛擬 IP 地址為 ,以 R2624-A 為主路由器對(duì)備份組 20 虛擬 IP 地址為 192.1

24、68.0.2,以 R2624-A 為備份路由器2624-B#sh vrrp bri Interface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addrVl10 10 100 3609 Y Backup 02 Vl20 20 101 3605 Y Master 03 ！對(duì)備份組 10 虛擬 IP 地址為 ,以 R2624-B 為備份路由器！對(duì)備份組 20 虛擬 IP 地址為 ,以 R2624-B 為主路由器使用如下

25、命令查看詳細(xì) VRRP 信息。 在 R2624-A 上查看 vrrp 信息：2624-A#sh vrrpVlan10 - Group 10 在VLAN10虛擬接口的組10 State is Master 當(dāng)前狀態(tài)是master Virtual IP address is 虛擬網(wǎng)關(guān)的IP是 Virtual MAC address is 0000.5e00.010a 虛擬網(wǎng)關(guān)的MAC是0000.5e00.010a Advertisement interval is 1.000 sec 發(fā)送通告間隔是1s Preemption enabled 搶占已開啟

26、（默認(rèn)開啟） Priority is 101 組內(nèi)優(yōu)先級(jí)為101 Master Router is 02 (local), priority is 101 主路由器的IP為02，優(yōu)先級(jí)為101.且主路由器即為本地路由器 Master Advertisement interval is 1.000 sec 主路由器發(fā)送通告間隔1s Master Down interval is 3.605 sec 主路由器的死亡間隔是3.0605sVlan20 - Group 20 State is Backup 在組20內(nèi)為備份路由器backup Virtual I

27、P address is 組20的虛擬網(wǎng)關(guān)IP為 Virtual MAC address is 0000.5e00.0114 虛擬網(wǎng)關(guān)的MAC0000.5e00.0114 Advertisement interval is 1.000 sec Preemption enabled Priority is 100 Master Router is 03, priority is 101 Master Advertisement interval is 1.000 sec Master Down interval is 3.609 se

28、c (expires in 2.737 sec)在 R2624-B 上查看 vrrp 信息： R2624-B#show vrrp FastEthernet0 - Group 10State is BackupVirtual IP address is configured Virtual MAC address is 0000.5e00.010A Advertisement interval is 1 secPreemption is enabled min delay is 0 sec Priority is 100Master Router is 192.168.0

29、.254 , pritority is 105Master Advertisement interval is 1 sec Master Down interval is 3 secFastEthernet0 - Group 20State is MasterVirtual IP address is configuredVirtual MAC address is 0000.5e00.0114Advertisement interval is 1 secPreemption is enabled min delay is 0 sec Priority is 150Ma

30、ster Router is 53 (local), priority is 150Master Advertisement interval is 1 secMaster Down interval is 3 sec（4）網(wǎng)絡(luò)連通性測試對(duì)于接在接入層設(shè)備 S2126G 上的用戶，為其分配 ip 地址為 /2452/24， 網(wǎng)關(guān)可以指向 或者 。由于在出口路由器上配置了基于VLAN的VRRP，因此可以基于VLAN實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)負(fù)載均衡和冗余備份。充分利用了網(wǎng)絡(luò)的有用帶寬。并實(shí)現(xiàn)了用戶基于V

31、LAN的邏輯劃分，安全，可控性強(qiáng)。pc1(config)#ip default-gateway pc1(config)#no ip routingpc1(config)#int e0/0pc1(config-if)#no shutpc1(config-if)#dup fulpc1(config-if)#ip add pc1(config-if)#endpc1#ping Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 192

32、.168.0.1 timeout is 2 seconds:!Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/2/4 ms！終端用戶以虛擬組 10 為網(wǎng)關(guān)pc2(config)#no ip routingpc2(config)#int e0/0pc2(config-if)#no shutpc2(config-if)#ip add pc2(config-if)#endpc2#！終端用戶以虛擬組 20 為網(wǎng)關(guān)測試 pc 192.168.0. pc2#ping 172.16.

33、0.2Type escape sequence to abort.Sending 5, 100-byte ICMP Echos to , timeout is 2 seconds:!Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/2/4 ms234 到網(wǎng)關(guān) 通信正常。第三步 VRRP 功能測試。測試 vrrp 冗余備份與負(fù)載均衡功能。根據(jù) vrrp 功能，在主路由器失效的情況下，備份路由器會(huì)在一定的時(shí)間里切換為主路由器；在 使能了搶占模式后，在路由器故障恢復(fù)后，vrrp 會(huì)重

34、新計(jì)算，主路由器切換到備份狀態(tài)，故障路由 器為主狀態(tài)。（1）網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行情況下，vrrp 狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)連通性。2624-A#sh vrrp briInterface Grp Pri Time Own Pre State Master addr Group addrVl10 10 101 3605 Y Master 02 Vl20 20 100 3609 Y Backup 03 2624-B#sh vrrp bri Interface Grp Pri Time Own Pre State Master addr

35、 Group addrVl10 10 100 3609 Y Backup 02 Vl20 20 101 3605 Y Master 03 （2）在 R2624-A 路由器出現(xiàn)故障，vrrp 狀態(tài)及網(wǎng)絡(luò)的連通性。在終端用戶我們使用 ping rep 10000，來觀察當(dāng)路由器出現(xiàn)故障后網(wǎng)絡(luò)連通性的變化，2624-B#ping 02 rep 100000Type escape sequence to abort.Sending 100000, 100-byte IC

36、MP Echos to 02, timeout is 2 seconds:!*Mar 1 01:16:09.567: %VRRP-6-STATECHANGE: Vl10 Grp 10 state Backup - Master.!*Mar 1 01:16:59.231: %VRRP-6-STATECHANGE: Vl10 Grp 10 state Master - Backup!Success rate is 94 percent (501/528), round-trip min/avg/max = 8/59/596 ms！R2624-A 路由器出現(xiàn)故障后，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷

37、，之后很快網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)連通性。！當(dāng) R2624-A 出現(xiàn)故障，到當(dāng) R2624-A 恢復(fù)正常的過程中，網(wǎng)絡(luò)在出現(xiàn)暫時(shí)中斷之后恢復(fù)正常， 在路由器 R2624-A 恢復(fù)正常后，網(wǎng)絡(luò)切換回來，通信正常，不會(huì)發(fā)生中斷?！締栴}與思考】掌握 VRRP 原理，理解負(fù)載均衡和冗余備份概念和原理。VRRP虛擬網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議通過虛擬出一臺(tái)網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的負(fù)載均衡和冗余備份。用戶網(wǎng)關(guān)指向虛擬網(wǎng)關(guān)，但真正轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的是真實(shí)的網(wǎng)關(guān)（master）.可以基于VLAN做負(fù)載均衡和冗余備份。一方面充分利用了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源，緩解了單個(gè)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)所有流量的壓力。提高了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。令一方面，處于備份的網(wǎng)關(guān)同時(shí)可以提供冗余，使得在一個(gè)

38、網(wǎng)關(guān)發(fā)生故障的時(shí)候備份網(wǎng)關(guān)可以充當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的網(wǎng)關(guān)?；赩LAN的VRRP，使得每個(gè)網(wǎng)關(guān)都在一個(gè)虛擬組中充當(dāng)主路由器，并轉(zhuǎn)發(fā)流量，并且在另一個(gè)組中充當(dāng)冗余備份的作用。 【參考配置】 參考配置包括：（1）R2624-A 參考配置2624-A#sh runBuilding configuration.Current configuration : 1346 bytes!version 12.4service timestamps debug datetime msecservice timestamps log datetime msecno service password-encryption!

39、hostname 2624-A!boot-start-markerboot-end-marker!enable password cisco!no aaa new-modelmemory-size iomem 5ip cef!multilink bundle-name authenticated!interface FastEthernet0/0 no ip address shutdown duplex auto speed auto!interface FastEthernet0/1 no ip address shutdown duplex auto speed auto!interfa

40、ce FastEthernet1/0 switchport mode trunk!interface FastEthernet1/1!interface FastEthernet1/2!interface FastEthernet1/3!interface FastEthernet1/4!interface FastEthernet1/5!interface FastEthernet1/6!interface FastEthernet1/7!interface FastEthernet1/8!interface FastEthernet1/9!interface FastEthernet1/1

41、0!interface FastEthernet1/11!interface FastEthernet1/12!interface FastEthernet1/13!interface FastEthernet1/14!interface FastEthernet1/15!interface Vlan1 no ip address!interface Vlan10 ip address 02 vrrp 10 ip vrrp 10 priority 101!interface Vlan20 ip address 172.1

42、6.0.202 vrrp 20 ip ! !ip http serverno ip http secure-server!control-plane!line con 0 exec-timeout 0 0 logging synchronousline aux 0line vty 0 4（3）S3550-24-A 參考配置3550-24-A#sh runBuilding configuration.Current configuration : 1115 bytes!version 12.4service timestamps debug datetime msecservice timestamps log datetime msecno service password-encryption!hostname 3550-24-A!boot-start-markerboot-end-markerno aaa new-modelmemory-size iomem 5no ip routing!no ip cefno ip domai