張小翠

摘要摘要：當(dāng)路由器下一跳的選擇有多條路徑時(shí)，需要考慮負(fù)載均衡問題。負(fù)載均衡是路由器應(yīng)具備的基本功能，其應(yīng)適合于所有的路由器平臺(tái)。它基于標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議，例如RIP、RIPV2、OSPF、IGRP等協(xié)議，允許路由器選擇多條路徑到達(dá)目的地址。多條路徑可以保證網(wǎng)絡(luò)的安全性，可提高網(wǎng)絡(luò)性能。在介紹RIP協(xié)議的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討基于路由器的負(fù)載均衡方法。在思科路由器中負(fù)載均衡中有兩種方式：一種是按目的地址的負(fù)載均衡，另一種是按數(shù)據(jù)包配置的負(fù)載均衡。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：負(fù)載均衡；RIP協(xié)議；等價(jià)路徑；目的地址負(fù)載均衡；數(shù)據(jù)包配置負(fù)載均衡

DOIDOI：10.11907/rjdk.162342

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）001015202

引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)訪問的流量越來越大，當(dāng)所有信息訪問都經(jīng)過同一路徑時(shí)，將會(huì)造成該設(shè)備的癱瘓，因此在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)該提供多條路徑到達(dá)目的地址，由此而產(chǎn)生了負(fù)載均衡問題。負(fù)載均衡可在一定程度上擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬、增加吞吐量、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力、提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可用性[1] 。負(fù)載均衡在網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用于各個(gè)方面，本文主要介紹基于路由器的負(fù)載均衡方法。1RIP協(xié)議

RIP協(xié)議是一種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，應(yīng)用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)[2]。RIP協(xié)議是一種動(dòng)態(tài)的路由選擇算法，路由器和相鄰路由器交換路由表中的全部信息，最終每個(gè)路由器形成自己的路由表，該路由表中有達(dá)到所有目的網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑。所謂最佳路徑就是到達(dá)目的地址所經(jīng)過的路由個(gè)數(shù)最少的路徑，除到達(dá)目的地的最佳路徑外，任何其它信息均予以丟棄。同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP協(xié)議通知相鄰的其它路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng)。RIP使用非常廣泛，它簡單、可靠且便于配置。但RIP允許的最大站點(diǎn)數(shù)為15，任何超過15個(gè)站點(diǎn)的目的地均被標(biāo)記為不可達(dá)，RIP每隔30s廣播一次路由信息是造成網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴的重要原因之一。

RIP協(xié)議的度量方法中，最佳路徑由所經(jīng)過的路由器的跳數(shù)來決定，每經(jīng)過一個(gè)路由器將跳數(shù)加1，到達(dá)目地網(wǎng)絡(luò)選擇路由跳數(shù)最少的一條。如果有另一條達(dá)到目的網(wǎng)絡(luò)跳數(shù)相同的路徑，這時(shí)將選擇路由表中的默認(rèn)路徑，而不更改路由表。這種情況下的負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示，從主機(jī)PC0到主機(jī)PC1有3條路徑，可以經(jīng)過路由器（1，2，5），也可以經(jīng)過路由器（1，3，5），另外一條路徑（1，4，5），這3條路徑經(jīng)過的路由器的個(gè)數(shù)相同，因此對(duì)于RIP協(xié)議而言這3條路徑應(yīng)該是等價(jià)路徑，但是默認(rèn)情況下卻只選擇其中一條路徑。這時(shí)應(yīng)該考慮路由器的負(fù)載均衡，以思科路由器為例，思科路由器有兩種解決負(fù)載均衡的方式：一是按目的地址的負(fù)載均衡，另一種是按數(shù)據(jù)包配置的負(fù)載均衡。

2負(fù)載均衡方式

2.1按目的地址配置的負(fù)載均衡

按目的地址配置的負(fù)載均衡是指路由器將使用多條路徑來進(jìn)行負(fù)載均衡，而且它可以確保數(shù)據(jù)包總是使用相同的路徑，并按照它們發(fā)送的順序到達(dá)目的地址 [3] 。這種方式的負(fù)載均衡最適用于需要數(shù)據(jù)包按照某種順序到達(dá)的應(yīng)用程序。如圖1所示，從主機(jī)PC0到主機(jī)PC1有3條路徑，由PC0到PC1的第一個(gè)目標(biāo)的所有報(bào)文選擇第一條路徑（路由1-2-5），第二個(gè)目標(biāo)的所有報(bào)文選擇第二條路徑（路由1-3-5），第三個(gè)目標(biāo)的所有報(bào)文選擇第三條路徑（路由1-4-5）。相同的數(shù)據(jù)包選擇相同的路徑，并將報(bào)文按順序到達(dá)目標(biāo)，由此來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡的目的。此種負(fù)載均衡方式在流量比較大時(shí)更加有效，大多路由器采用這種方式，而且它是思科路由器快速轉(zhuǎn)發(fā)（CEF）的缺省負(fù)載均衡方式。啟動(dòng)此種負(fù)載均衡的方式為：ip load-sharing per-destination。2.2按數(shù)據(jù)包配置的負(fù)載均衡

基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均衡的路由器可以在多條鏈路上連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，即對(duì)到達(dá)同一目的地址的一個(gè)數(shù)據(jù)的多個(gè)分組可以選擇不同的路徑到達(dá)，而不用考慮主機(jī)或用戶的具體情況。這種負(fù)載均衡采用輪轉(zhuǎn)機(jī)制來確定每個(gè)數(shù)據(jù)包走哪條路徑到達(dá)目的地址。但是由于同一個(gè)目標(biāo)的不同數(shù)據(jù)包可選擇不同的路徑，所以將會(huì)造成同一數(shù)據(jù)包的不同分組不按照次序到達(dá)目的地址的情況。某些應(yīng)用不能采用這種負(fù)載均衡的方法，如視頻對(duì)話（VOIP）。如圖1所示，如果有一數(shù)據(jù)報(bào)將其分為三組報(bào)文發(fā)送，那么第一組報(bào)文可能選擇路由1-2-5這條路徑，第二組報(bào)文可能選擇路由1-3-5，第三組報(bào)文選擇路由1-4-5，因?yàn)槊織l路徑的帶寬、流量以及吞吐量等不同，所以有可能先發(fā)送的第二組報(bào)文已經(jīng)到達(dá)目的地址PC1，但第一組報(bào)文還沒有到達(dá)，而造成分組不按照順序到達(dá)的問題。啟動(dòng)此種負(fù)載均衡的命令為：ip load-sharing per-packet。2.3路由器交換方式

思科的路由器一般有快速交換方式、過程交換方式、流交換方式及思科快速交換方式 [4] 。在基于目的地址配置的負(fù)載均衡和快速交換這種負(fù)載均衡方式下，常采用快速交換方式（Fast Switching），且默認(rèn)條件下都是采用這種方式。快速交換只需要將第一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)存儲(chǔ)入系統(tǒng)緩存之中，然后查找目的地址，并將信息存入到高速緩存之中，后續(xù)的數(shù)據(jù)包不需要經(jīng)過此操作，直接從高速緩存中提取目的地址的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)即可。采用這種方式極大提高了數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)速度。思科1600、1700、2500、2600系列路由器的Ethernet、Fast Ethernet、Serial接口默認(rèn)采用的就是Fast Switching。啟動(dòng)快速交換的命令為： ip route-cache。

基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均衡和過程交換，在這種負(fù)載均衡下需要啟動(dòng)過程交換方式或者禁用快速交換方式[5]。當(dāng)路由器采用過程交換模式時(shí)，需要將一條數(shù)據(jù)流中的第一個(gè)數(shù)據(jù)包放置入系統(tǒng)緩存。將目的地址與路由表進(jìn)行查找比對(duì)，找到到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的下一跳路由器的接口，路由器的處理器同時(shí)進(jìn)行CRC校驗(yàn)，檢查數(shù)據(jù)包是否正確，如果正確則轉(zhuǎn)發(fā)，不正確將數(shù)據(jù)包丟棄。然后將數(shù)據(jù)包的硬件地址改為下一跳的硬件地址（MAC）。對(duì)于此條線路上的第2、3、4個(gè)數(shù)據(jù)包等按照第一個(gè)數(shù)據(jù)包的處理方式進(jìn)行相同的處理。這種處理方式有較大的時(shí)延，與快速交換相比它需要處理每一個(gè)數(shù)據(jù)包。但是這種交換方式在某些時(shí)候仍然被需要，如基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均衡時(shí)，禁用快速交換打開過程交換的命令為：no ip route-cache。

如圖1所示，如果路由1采用了快速交換（CEF），那么不管路由5采用哪種交換方式，最終都采用快速交換方式，這時(shí)采用基于目的地址的負(fù)載均衡方式。如果入站口沒有配置CEF方式，而出站口配置為過程交換方式，這時(shí)將采用過程交換方式進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)。

3結(jié)語

路由器可以采用基于目的地址的負(fù)載均衡，也可以采用按數(shù)據(jù)包的負(fù)載均衡。默認(rèn)情況下思科的路由器采用快速交換方式（CEF），而此種方式下實(shí)現(xiàn)按目的地址的負(fù)載均衡。采用這種負(fù)載均衡方式，數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)速度快，而且可以保證數(shù)據(jù)報(bào)按序到達(dá)。而采用基于數(shù)據(jù)包的負(fù)載均衡，必須先禁用快速交換方式啟動(dòng)過程交換方式，采用這種方式將造成數(shù)據(jù)包不按序到達(dá)，會(huì)影響某些應(yīng)用程序的正常運(yùn)行，因此運(yùn)用較少。參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯（責(zé)任編輯：孫娟）