CN101217448A - 实现网关动态负载分担的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现网关动态负载分担方法及***，通过在具有多个网关设备的同一虚拟备份组中设置多个新增虚拟MAC地址，使得主机设备可将其上的数据报文通过不同的网关设备转发到外部网络服务器，来实现网关动态负载分担功能。本发明针对现有网关备份及负载分担会增加网络管理负担，以及网络带宽、网关设备的负担，提供的实现网关动态负载分担方法及***，可以简化用户配置管理，减少数据传输对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

Description

实现网关动态负载分担的方法及***

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是一种实现网关动态负载分担的方法及***。

背景技术

如图1A所示，为现有的局域网组网结构示意图，局域网通过唯一的网关访问外部网络，该组网结构主要包括：主机设备1、主机设备2、网关设备4和外部网络服务器3，局域网内的主机设备1和主机设备2(或者更多的主机)通过唯一的网关设备4来访问外部网络服务器3，实现局域网内的主机设备1、主机设备2与外部网络服务器3间的通信，具体流程如下：

首先要配置网关设备4的网络协议(Internet Protocol，以下简称：IP)地址和网关路由表，配置局域网内的主机设备1和主机设备2的IP地址和网关地址，其中配置的网关地址即为网关设备4的IP地址。例如：主机设备1要与外部网络服务器进行通信，需要先将通信信息内容组装成IP数据报文，其中包括的源地址为主机设备1的IP地址，目的地址为外部网络服务器3的IP地址，由于该目的地址为外部网络IP地址，所以需要先向网关设备4发送包含该目的地址的IP数据报文；然后主机设备1还要检查是否存在与其配置的网关地址相对应的数据链路层物理地址，对于以太局域网来说，数据链路层物理地址为介质访问控制(Media AccessControl，以下简称MAC)地址，本发明以下提到的MAC地址均以以太局域网为例，但并不限于仅采用以太网的组网结构。若不存在对应的数据链路层物理地址，即MAC地址，则要向主机设备1所在的局域网广播地址解析协议(Address Resolution Protocol，以下简称：ARP)请求报文，请求网关设备4的MAC地址，网关设备4接收到ARP请求报文后，利用其对应的网关设备4的MAC地址，即网关设备4本身的物理接口的MAC地址做出响应；主机设备1收到网关设备4做出的MAC地址应答后，构建主机设备1的网关地址和网关设备4的MAC地址的对应表，在以太局域网中称为ARP表；主机设备1再利用得到的网关设备4的MAC地址，将IP报文封装到链路报文(在以太局域网中为以太报文)中对外发送，其以太报文格式如图1B所示，包括目的地址即网关设备4的MAC地址、源地址即主机设备1的MAC地址、IP数据报文即上述IP数据报文；若存在对应的网关设备4的MAC地址，主机设备1将直接利用存在的网关设备4的MAC地址，将IP报文封装到链路报文中对外发送；网关设备4接收到目的MAC地址为其物理接口的以太报文后，提取出IP数据报文中的目的地址进行路由选择，将主机设备1发送出来的数据送到外部网络服务器3，完成了局域网内主机设备1到外部网络服务器3的连接；外部网络服务器3收到IP数据报文，按照前述主机设备1连接到其上的步骤连接到主机设备1，从而实现主机设备1和外部网络服务器3的互相通信过程。

在上述局域网组网结构中，通过唯一的网关设备4访问外部网络服务器3，此时网关设备4成为局域网内主机设备1、主机设备2对外的唯一出口，网关设备4的任何异常现象都将导致整个局域网和外部网络服务器3失去联系。为了提高局域网的可靠性，如图2所示，(介绍时提一下网关设备6)为利用虚拟路由冗余备份协议(Virtual Router RedundancyProtocol，以下简称VRRP)进行组网的结构示意图，包括：主机设备1、主机设备2、网关设备4、网关设备5、网关设备6及外部网络服务器3。主机设备1和主机设备2连接到局域网上，网关设备4和网关设备5及网关设备6同时作为局域网内主机和外部网络服务器3的通信网关，当网关设备4出现异常现象，其他网关设备，例如网关设备5或网关设备6将接替其作为网关设备工作，这就实现了网关设备间相互备份的功能，网关备份通常利用VRRP来实现；网关设备4、网关设备5和网关设备6是通过不同线路连接到外部网络服务器3上的，局域网内的主机设备1或主机设备2在访问外部网络服务器3时，根据设定的策略，通过不同的网关设备，从不同的线路到达外部网络服务器3，从而充分利用设备资源和网络带宽，这就实现了负载分担功能，充分利用了网关设备4和网关设备5的资源，以及网关设备的链路带宽。

利用VRRP实现网关备份及负载分担的具体方案如下：

1、网关备份：

网关设备4和网关设备5通过VRRP配置到一个虚拟备份组中，配置同一虚拟IP地址和虚拟MAC地址，配置局域网内的主机设备1和主机设备2的网关地址指向虚拟IP地址；通过VRRP的协议报文规则选举出主网关设备和备份网关设备，如图2中所示，假设选举出主网关设备为网关设备4，备份网关设备为网关设备5；主网关设备4向局域网内部发送VRRP协议报文通告其存在，备份网关设备5通过主网关设备4发送的VRRP协议报文监听主网关设备4的状态。当主机设备1需要和外部网络服务器3通信联系，要先发送ARP请求报文来请求主网关设备的MAC地址，由于网关设备具有同一虚拟IP地址，主网关设备4会利用虚拟MAC对其响应；主机设备1获取到主网关设备发送的对应的虚拟MAC地址，会利用该虚拟MAC地址将IP数据报文封装成以太报文对外发送，目的地址为虚拟MAC地址；主网关设备4将接收和转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的以太报文中的IP数据报文信息，从而实现主机与外部网络服务器的通信。当主网关设备4出现异常时，将无法发送VRRP协议报文，备份网关设备5通过对该协议报文的侦听发现主网关设备4的异常，其本身将自动升级为主网关设备，转发原来在网关设备4上接收和转发的主机设备1和外部网络服务器3之间的通信报文；因此对于主机设备1来说并不感知网关设备的异常，从而实现了网关设备的动态备份。

上述将多个网关设备虚拟成一个虚拟网关，该虚拟网关包含一个虚拟IP地址和一个虚拟MAC地址，局域网内的主机的网关地址为虚拟IP地址。按照VRRP协议，选举产生出主网关设备和备份网关设备，主网关设备承担虚拟网关的转发功能，即响应ARP请求和目的地址为虚拟MAC地址的IP数据报文的接收和转发；备份网关设备通过监听该报文负责监视主网关设备的运行状态，当主网关设备发生异常时，备份网关设备在一定时间内没有收到主网关设备通告的VRRP协议报文，备份网关设备将通过竞选重新产生主网关设备，承担原主网关设备的功能，从而实现网关设备备份。

2、负载分担：

在VRRP协议里还实现了分组概念，即将局域网分成若干组，网关设备间通过VRRP协议虚拟出多个虚拟网关设备，网关设备利用VRRP协议进行备份，局域网内不同组内的主机的网关地址指向其对应的虚拟网关的MAC地址，从而实现了负载分担的功能。如图2所示，网关设备4和网关设备5运行VRRP协议，配置成为两个VRRP组，虚拟成两个虚拟备份组，每一组都有一个虚拟IP地址和一个虚拟MAC地址。主机设备1的网关地址为虚拟备份组一的虚拟IP地址，主机设备2的网关地址为虚拟备份组二的虚拟IP地址；网关设备4选举为虚拟备份组一的主网关设备，网关设备5选举为虚拟备份组二的主网关设备；主机设备1经过网关设备4与外部网络服务器3通信，主机设备2经过网关设备5与外部网络服务器3通信，实现了网关设备的负载分担功能。

上述方案利用VRRP协议实现了网关设备间的网关备份功能和负载分担功能，但是需要在同一局域网内的所有主机上手动设置其指向不同的网关地址，类似进行静态网络划分，将增加网络管理的负担；同时，因为要依赖用户手动调整主机的网关地址来实现其通过不同的网关来连接外部网络服务器，对于用户来说是比较麻烦的，因此不能很好的实现负载分担功能。

目前还存在其它实现负载分担功能的改进方案，即：在原有VRRP协议基础上，使用一个虚拟IP地址和一个虚拟MAC地址，主设备和备份设备同时具备目的地址为虚拟MAC地址的数据报文的接收和转发功能；为了实现负载分担，增加网关设备的负载分担权重，备份网关设备通过发送报文向主网关设备宣称其特征和负载分担权重，同时宣称其存在状态；主网关设备保存局域网内所有主机设备信息列表和备份网关设备的信息，主网关设备按照设定的权重等规则进行主机设备上的数据报文转发的分配，通过负载分担通告报文将备份网关设备上需要转发的主机设备信息列表通告给各个备份网关设备；备份网关设备负责接收和转发主网关设备分配给自己的局域网内的主机设备发送的数据报文。当主网关设备或者备份网关设备发生变化时，所有备份网关设备需要重新等待主网关设备给自己分配新的主机设备信息列表。

上述方案可以实现负载分担的功能，并且可以减少用户网络管理负担，充分有效的利用网络设备资源和带宽；但是对于中大型局域网来说，主网关设备需要维护所有的主机设备上的信息列表(含对应的分配结果)并且通过负载分担通告报文将其通告到备份网关设备，当主机设备的信息列表发生变化时也需要由主网关设备对外通告，这将增加网络带宽负担和主网关设备的负担，同时主/备份网关设备需要通过其上的主机设备信息对要转发的数据报文进行过滤，降低其转发性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有网关备份及负载分担会增加网络管理负担，以及网络带宽、网关设备的负担，提供了一种实现网关动态负载分担方法及***，以简化用户配置管理，减少对数据传输对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种实现网关动态负载分担方法，包括以下步骤：

将至少两个网关设备按照虚拟路由冗余备份协议配置到同一虚拟备份组，虚拟路由冗余备份协议配置所述虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；

在同一虚拟备份组内的所述网关设备上，配置至少一个新增虚拟MAC地址；

按照虚拟路由冗余备份协议规定的选举规则，从所述网关设备中选举出一个主网关设备和至少一个备份网关设备；

所述主网关设备持有所述虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，并通过负载分担通告报文，与所述备份网关设备进行交互，为所述备份网关设备分配所述新增虚拟MAC地址；

所述主网关设备通过地址解析协议应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息，所述虚拟MAC地址信息包括虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址和新增虚拟MAC地址。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种实现网关动态负载分担***，包括：

虚拟备份组，所述虚拟备份组按照虚拟路由冗余备份协议配置虚拟IP地址和虚拟MAC地址，包括至少两个网关设备，在各个网关设备上均配置至少一个新增虚拟MAC地址；

所述至少两个网关设备中包括：一个主网关设备，至少一个备份网关设备；所述主网关设备持有所述虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，用于为所述备份网关设备分配所述新增虚拟MAC地址，为主机设备分配虚拟MAC地址信息。

由以上技术方案可知，本发明提供的实现网关动态负载分担方法及***，可以简化用户配置管理，减少对数据传输对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1A为现有局域网组网结构示意图；

图1B为以太报文格式示意图；

图2为现有另一局域网组网结构示意图；

图3为本发明实现网关动态负载分担方法实施例一的流程图；

图4为本发明实现网关动态负载分担方法实施例二的流程图；

图5为本发明实现网关动态负载分担方法实施例三的流程图；

图6为本发明实现网关动态负载分担方法实施例四的流程图；

图7为本发明实现网关动态负载分担***实施例一的结构示意图；

图8为本发明实现网关动态负载分担***实施例二的结构示意图；

图9A为本发明实现网关动态负载分担***实施例三的结构示意图；

图9B为本发明实现网关动态负载分担***实施例三的另一结构示意图；

图9C为本发明实现网关动态负载分担***实施例三的再一结构示意图；

图10为本发明实现网关动态负载分担***实施例四的结构示意图。

具体实施方式

如图3所示，为本发明实现网关动态负载分担方法实施例一的流程图，通过VRRP协议配置网关设备虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，并再增加至少一个新增虚拟MAC地址，共同实现网关动态负载分担功能，具体步骤如下：

步骤101、将至少两个网关设备按照VRRP协议配置到同一虚拟备份组，VRRP协议配置该虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；

一般的局域网不会配备过多的网关设备，一般情况下，有2～3个网关设备的局域网覆盖区域就已经很广了，将这些网关设备按照VRRP协议配置到同一虚拟备份组，并配置该虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；

步骤102、在同一虚拟备份组内的网关设备上，配置至少一个新增虚拟MAC地址；

在该虚拟备份组内的所有网关设备上都配置相同的至少一个新增虚拟MAC地址，该配置的新增虚拟MAC地址加上VRRP协议配置的虚拟MAC地址的个数可以与该局域网具有的网关设备的个数相同，也可以比网关设备的个数多，或者比网关设备的个数少，该配置过程并不一定要与网关设备一一对应；

步骤103、按照VRRP协议规定的选举规则，从网关设备中选举出一个主网关设备和至少一个备份网关设备；

步骤104、主网关设备持有虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，并通过负载分担通告报文，与备份网关设备进行交互，为备份网关设备分配新增虚拟MAC地址；

上述步骤102仅为每个网关设备配置了相同的一个或多个新增虚拟MAC地址，而真正为网关设备分配其用于转发数据报文的地址的为选举出的主网关设备；首先主网关设备上配置VRRP协议配置的虚拟MAC地址，然后主网关设备通过负载分担通告报文与备份网关设备进行交互，可以了解到那些备份网关设备具有动态负载分担功能，那些不具备该功能；并为具备动态负载分担功能的备份网关设备分配一个新增虚拟MAC地址；若备份网关设备的个数多于步骤102配置的新增虚拟MAC地址，那么将有备份网关设备不具有分配给它的新增虚拟MAC地址，不参与动态负载分担功能；若备份网关设备的个数少于步骤102配置的新增虚拟MAC地址，那么将有新增虚拟MAC地址没有分配到备份网关设备，并不影响所有备份网关设备在虚拟备份组中工作；当然也有可能有部分备份网关设备并不具备动态负载分担的功能，那么这些备份网关设备也不会与主网关设备进行交互，不具有新增虚拟MAC地址；可见，该新增虚拟MAC地址的配置及分配是非常灵活的，但是一般情况下，建议配置的新增虚拟MAC地址不要超过3个，因为一个局域网中的网关设备也不会太多，不必配置过多的新增虚拟MAC地址；

步骤105、主网关设备通过ARP应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息，主机设备就会利用该虚拟MAC地址信息中的地址作为目的地址发送其上的数据报文；

主网关设备为备份网关设备分配好新增虚拟MAC地址后，在主机设备要通过该局域网转发其上的数据报文时，就会为其分配适当的网关设备，以实现主机设备上数据报文的转发；该虚拟MAC地址信息包括虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址和新增虚拟MAC地址，为主机设备发送数据报文的目的地址信息。

本实施例通过在VRRP协议配置的同一虚拟备份组中的网关设备上设置多个新增虚拟MAC地址，并使能网关设备的负载分担功能，使主网关设备和备份网关设备都具有分担主机设备上的数据报文的转发能力；避免VRRP协议中需要配置多个虚拟备份组实现负载分担的功能，并可以简化用户配置管理，减少VRRP协议对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

如图4所示，为本发明实现网关动态负载分担方法实施例二的流程图，该实施例中的网关设备可以是图2中所示的网关设备4和网关设备5，具体步骤如下：

步骤201、将网关设备4和网关设备5按照VRRP协议配置到同一虚拟备份组，配置VRRP协议的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，假设虚拟MAC地址为VMAC；

步骤202、在同一虚拟备份组内的网关设备4和网关设备5上均配置至少一个新增虚拟MAC地址，并配置网关设备4和网关设备5的负载分担权重；

若配置一个新增虚拟MAC地址，该新增虚拟MAC地址为VMACa；也可以配置多个，例如在网关设备4和网关设备5上均配置两个新增虚拟MAC地址，分别为VMACa、VMACb；该新增虚拟MAC地址可以使能网关设备的负载分担功能，同一组内的多个新增虚拟MAC地址需要一致，例如VMACa和VMACb；需要注意的是，在一个局域网中用到的网关设备一般在2-4个，所以新增虚拟MAC地址建议不超过三个，设置过多的新增虚拟MAC地址不便于管理；

所述负载分担权重的配置可以通过计算网关设备4和网关设备5的转发能力和出口带宽来获得负载分担权重值，但并不限于采用此种方法得到其负载分担权重值；

步骤203、按照VRRP协议规定的选举规则，从网关设备4和网关设备5中选举出一个主网关设备和一个备份网关设备；

本实施例中为两个网关设备，若为三个或更多个网关设备，那么就是选举出一个主网关设备和多个备份网关设备；在本实施例中假设主网关设备为网关设备4，备份网关设备为网关设备5；

步骤204、主网关设备，即网关设备4发送负载分担通告使能报文；

步骤205、备份网关设备，即网关设备5接收到负载分担通告使能报文后，启动负载分担功能，发送负载分担通告请求报文；

步骤206、主网关设备，即网关设备4收集备份网关设备，即网关设备5的设备信息，建立设备信息表和多个MAC地址信息的对应分配表，通过发送负载分担通告分配报文将对应分配表通告给网关设备5；

在本实施例中为网关设备4对应VMAC，网关设备5对应VMACa；

步骤207、备份网关设备，即网关设备5接收到对应分配表，设置自身对应的新增MAC地址，即VMACa，并返回负载分担通告应答确认报文到主网关设备，即网关设备4；

步骤208、主机设备，可为如图2中的主机设备1，向VRRP协议初始配置的虚拟备份组内的虚拟IP地址发起ARP请求报文；

步骤209、主网关设备，即网关设备4向主机设备1发送ARP应答报文，按照策略进行所述虚拟MAC地址信息应答；

该ARP应答报文的源地址始终为主网关设备，即网关设备4的虚拟MAC地址，即VMAC，该ARP应答报文中的负载报文包括告知主机设备接收和转发其上的数据报文的网关设备的虚拟MAC地址信息；在告知主机设备接收和转发其上的数据报文的网关设备的虚拟MAC地址信息时，采取的策略可以设为由网关设备4按照所有网关设备的负载分担权重按顺序轮换告知发送ARP请求信息的主机设备，或者由主机设备根据用户配置策略进行分配。需要注意的是，采取的策略并不限于上述这两种，只要可以将所有主机设备要转发的数据报文较为均衡的分配到各个网关设备上就可以；

步骤210、主机设备1按照其获取到的虚拟MAC地址信息，将数据报文发送到虚拟MAC地址为VMAC的网关设备4上或者新增虚拟MAC地址为VMACa的网关设备5上，并通过这些网关设备与外部网络服务器进行通信；

步骤211、网关设备4和网关设备5按照网关设备4分配的虚拟MAC地址信息接收和转发各个主机设备发送的数据报文，并通过发送负载分担通告应答确认报文向其他网关设备宣告其状态。

在这里，当数据报文发送到MAC地址为VMAC的网关设备4上后，网关设备4按照上述采取的策略判断主机设备上的数据报文是否该发送给该网关设备4，若是，则网关设备4将完成主机设备与外部网络服务器之间的数据通信；若不是，则向主机设备发送单播ARP更新报文(单播ARP更新报文即为仅对发送数据报文的主机设备发送的报文)，告知主机设备应该接收和转发其上的数据报文的网关设备的新增虚拟MAC地址，这里即为网关设备5的新增虚拟MAC地址VMACa；主机设备将根据更改后的虚拟MAC地址信息，与对应的网关设备5进行通信。该单播ARP更新报文是为了应对主机设备未及时更新其数据报文发送的目的地址，而错发给主网关设备的情况。

本实施例通过在VRRP协议配置的同一虚拟备份组中的网关设备上设置多个MAC地址信息，并动态分配该MAC地址信息到所有网关设备上来实现网关的负载分担功能；避免VRRP协议中需要配置多个虚拟备份组实现负载分担的功能，并可以简化用户配置管理，减少VRRP协议对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

如图5所示，为本发明实现网关动态负载分担方法实施例三的流程示意图，该实施例中主要说明主网关设备不再作为该虚拟备份组的主网关设备后，所述虚拟备份组如何实现网关动态负载分担的方法。该实施例中局域网中的网关设备为三个，分别为如图2中所示的网关设备4、网关设备5和网关设备6，具体步骤如下：

步骤301、将三个网关设备4、5、6按照VRRP协议配置到同一虚拟备份组，VRRP协议配置该虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；

步骤302、在同一虚拟备份组内的网关设备上配置至少一个新增虚拟MAC地址，并配置网关设备的负载分担权重；

这里可以在每个网关设备上配置两个新增虚拟MAC地址，即VMACa和VMACb；

步骤303、按照VRRP协议规定的选举规则，选举网关设备4为主网关设备，网关设备5和网关设备6为备份网关设备；

步骤304、主网关设备，即网关设备4通过负载分担通告报文与备份网关设备进行交互，为备份网关设备分配新增虚拟MAC地址；

网关设备4发送负载分担通告使能报文到其他的网关设备；网关设备5和网关设备6接收到负载分担通告使能报文后，启动负载分担功能，发送负载分担通告请求报文到主网关设备；网关设备4收集备份网关设备，即网关设备5和网关设备6的设备信息，建立设备信息表和多个MAC地址信息的对应分配表，本实施例中该对应分配表为网关设备4对应VMAC，网关设备5对应VMACa，网关设备6对应VMACb；网关设备4通过发送负载分担通告分配报文将对应分配表通告给网关设备5和网关设备6；网关设备5和网关设备6接收到对应分配表，设置自身对应的新增MAC地址，即网关设备5设置为VMACa，网关设备6设置为VMACb，并返回负载分担通告应答确认报文到网关设备4，告知其可以进行主机设备的数据报文的转发；

步骤305、当网关设备4不再作为该虚拟备份组的主网关设备后，该虚拟备份组内的所有备份网关设备将按照VRRP协议规定的选举规则重新从备份网关设备中选举出新的主网关设备和新的备份网关设备，假设选举出网关设备5作为新的主网关设备，网关设备6作为新的备份网关设备，执行步骤306和步骤309。

步骤306、判断新的主网关设备，即网关设备5是否支持负载分担功能，若支持，则执行步骤307；若不支持，则执行步骤308；

步骤307、新的主网关设备配置虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，并具有原主网关设备之前分配的新增虚拟MAC地址，通过地址解析协议应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息；

新的主网关设备，即网关设备5将承担原主网关设备的负载分担功能，发送负载分担通告报文，此时网关设备5上同时具有VMAC和VMACa两个虚拟MAC地址，继续转发主机设备发送的目的地址为VMAC和VMACa的数据报文，对于主机设备并不感知网关设备4的异常，至此实现了网关动态负载分担情况下的网关备份功能，结束；

步骤308、新的备份网关设备，即网关设备6将接收不到新的主网关设备，即网关设备5发送的负载分担通告分配报文，清空其上的新增虚拟MAC地址对应分配表，虚拟备份组不再具有网关动态负载分担功能；

网关设备5不再发送负载分担通告分配报文，新的备份设备，即网关设备6接收不到网关设备5的负载分担通告分配报文，也将清空原来的新增虚拟MAC地址对应分配表，即网关设备5清空其上的VMACa，网关设备6清空其上的VMACb，该新的虚拟备份组不再实行负载分担功能，结束；

此时主机设备仍向新的主网关设备发送ARP请求报文，请求新的主网关设备，即网关设备5为其分配虚拟MAC地址信息，此时新的主网关设备，网关设备5仅会分配VRRP协议为该虚拟备份组配置的虚拟MAC地址，即VMAC，作为主机设备发送数据报文的网关地址，即该新的虚拟备份组不再具备动态负载分担功能；

步骤309、判断不作为主网关设备的网关设备4是否成为新的备份网关设备，若是，执行步骤310；若不是，结束；

步骤310、判断新的备份网关设备，即不再作为所述虚拟备份组的主网关设备的网关设备4是否支持负载分担功能，若不支持，执行步骤311；若支持，执行步骤312；

步骤311、不对网关设备4分配新增虚拟MAC地址，此时仍按照步骤306所述实现网关备份；

步骤312、监听新的主网关设备，即网关设备5发送的负载分担通告报文，并请求新的主网关设备5分配新增虚拟MAC地址；

步骤313、新的主网关设备，即网关设备5可将其具有的新增虚拟MAC地址VMACa分配给网关设备4，结束；或重新发送负载分担通告报文，重新分配给新的备份网关设备4和新的备份网关设备6的新增虚拟MAC地址，结束。

需要注意的时，当新的主网关设备具有一个虚拟MAC地址，两个以上的新增虚拟MAC地址时，将清空其上的新增虚拟MAC地址，并将对外广播虚拟IP地址的免费ARP应答报文，利用负载分担报文清空新的备份网关设备上的新增虚拟MAC地址；新的备份网关设备将重新发送负载分担通告请求报文请求新的主网关设备分配新增虚拟MAC地址，重新实现网关动态负载分担功能。

本实施例可以实现在主网关设备出现异常不可用，或是其不再作为主网关设备，转而变为新的备份网关设备时，由备份网关设备重新选举出主网关设备继续工作的功能，可简化用户配置管理，提高网关设备的转发性能。

如图6所示，为本发明实现网关动态负载分担方法实施例四的流程图，该实施例中主要说明备份网关设备退出该虚拟备份组后网关动态负载分担的方法。该实施例中局域网中的网关设备也为三个，分别为网关设备4、网关设备5和网关设备6，具体步骤如下：

步骤401、将三个网关设备4、5、6按照VRRP协议配置到同一虚拟备份组，VRRP协议配置该虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；

步骤402、在同一虚拟备份组内的网关设备上配置至少一个新增虚拟MAC地址，并配置所述网关设备的负载分担权重；

这里可以在每个网关设备上配置两个新增虚拟MAC地址，即VMACa和VMACb；

步骤403、按照VRRP协议规定的选举规则，选举网关设备4为主网关设备，网关设备5和网关设备6为备份网关设备；

步骤404、主网关设备，即网关设备4通过负载分担通告报文与备份网关设备，即网关设备5和网关设备6进行交互，为备份网关设备分配新增虚拟MAC地址，假设网关设备5设置为VMACa，网关设备6设置为VMACb；

步骤405、当具有网关动态负载分担功能的备份网关设备，假设为网关设备5不再支持所述网关动态负载分担功能后，网关设备4将原来分配给该备份网关设备，即网关设备5的新增虚拟MAC地址收回，即VMACa，由网关设备4负责目的地址为VMACa的数据报文的接收和转发，对于主机设备并不感知网关设备5的异常，至此实现了网关动态负载分担情况下的网关的动态负载分担功能，结束。

若该网关设备5原先就不支持网关动态负载分担功能，那网关设备4就不需要对该网关设备5进行处理，即开始时该虚拟备份组的主网关设备，即网关设备4就没有分配新增虚拟MAC地址给该网关设备5；

需要注意的时，当主网关设备，这里为网关设备4上具有一个虚拟MAC地址，两个以上的新增虚拟MAC地址时，将清空其上的虚拟MAC地址，并将对外广播免费ARP应答报文，清空备份网关设备上的新增虚拟MAC地址；备份网关设备将重新发送负载分担通告请求报文请求主网关设备分配新增虚拟MAC地址，重新实现网关动态负载分担功能。

本实施例可以实现在备份网关设备出现异常不可用时，由主网关设备进行该备份网关设备具有的新增虚拟MAC地址的数据报文的转发，也可以重新分配新增虚拟MAC地址信息，实现网关备份下的动态负载分担功能，可简化用户配置管理，提高网关设备的转发性能。

如图7所示，为本发明实现网关动态负载分担***实施例一的结构示意图，该实现网关动态负载分担***包括：

虚拟备份组7，按照虚拟路由冗余备份协议配置该虚拟备份组7的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；该虚拟备份组7包括至少两个网关设备，在各个网关设备上均配置至少一个新增虚拟MAC地址；

其中至少两个网关设备中包括：一个主网关设备71，至少一个备份网关设备72；主网关设备71持有虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，用于为备份网关设备72分配新增虚拟MAC地址，为主机设备分配虚拟MAC地址信息。主网关设备71用VRRP协议配置的虚拟MAC地址进行数据报文的接收和转发，备份网关设备72用新增虚拟MAC地址进行数据报文的接收和转发。

本实施例的实现网关动态负载分担***通过在VRRP协议配置的同一虚拟备份组中的每个网关设备上设置多个MAC地址信息，使能其负载分担功能；避免VRRP协议中需要配置多个虚拟备份组实现负载分担的功能，并可以简化用户配置管理，减少VRRP协议对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

如图8所示，为本发明实现网关动态负载分担***实施例二的结构示意图，该实现网关动态负载分担***中的虚拟备份组7中包括一选举模块73，用于在至少两个网关设备中选举出一个主网关设备71和至少一个备份网关设备72，与各个网关设备相连接，选举模块73可选地由各个网关设备中的选举单元组合而成。

该虚拟备份组7中的主网关设备71还包括：第一处理模块711，用于通过负载分担通告报文，与各个备份网关设备72进行交互，为备份网关设备72分配新增虚拟MAC地址，并通过发送所述负载分担通告报文向所述备份网关设备宣告其状态；第二处理模块712，用于通过ARP应答报文向主机设备群组8内的主机设备分配虚拟MAC地址信息，虚拟MAC地址信息包括VRRP配置的虚拟MAC地址和新增虚拟MAC地址；第三处理模块713，用于接收和转发分配了主网关设备71的虚拟MAC地址的主机设备发送的数据报文。

该虚拟备份组7中的每个备份网关设备72还包括：第四处理模块721，用于通过负载分担通告报文与主网关设备71进行交互，接收主网关设备71中的第一处理模块711为其分配的新增虚拟MAC地址，并通过发送负载分担报文向主网关设备71宣告其状态；第五处理模块722，用于按照第四处理模块721接收的新增虚拟MAC地址接收和转发主机设备群组8内分配了该新增虚拟MAC地址的主机设备发送的数据报文。

其中，由于实际上所有的网关设备都有可能成为主网关设备或备份网关设备，所以所有的网关设备上都具有第一处理模块、第二处理模块、第三处理模块、第四处理模块及第五处理模块，只是在这些网关设备中被选举为主网关设备的，其上的第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块启动；被选举为备份网关设备的，其上的第四处理模块和第五处理模块启动。

本实施例的实现网关动态负载分担***中的主网关设备负责分配每个网关设备上的MAC地址信息，使能其负载分担功能，实现多个网关设备共同分担主机设备发送的数据报文的功能。可以简化用户配置管理，减少VRRP协议对网络带宽的占用，提高网关设备的转发性能。

如图9A所示，为本发明实现网关动态负载分担***实施例三的结构示意图，包括：虚拟备份组7，其中虚拟备份组7中包括三个网关设备，VRRP协议配置该虚拟备份组7的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；配置至少一个新增虚拟MAC地址，配置网关设备的负载分担权重；选举模块73，用于在三个网关设备中选举出一个主网关设备71、两个备份网关设备72和72′；

该虚拟备份组7还包括：第一判断模块74，用于当主网关设备71不再作为虚拟备份组7的主网关设备后，对选举模块73重新选举出来的新的主网关设备作判断，如图9A所示，新的主网关设备71′为原备份网关设备72，是否支持网关动态负载分担功能，若不支持，则新的备份网关设备72′中的第四处理模块接收不到新的主网关设备71′上的第一处理模块711′发送的负载分担通告报文，将清空原主网关设备71为其分配的新增虚拟MAC地址对应分配表；新的主网关设备71′上的第二处理模块712′通过ARP应答报文向主机设备群组8分配虚拟MAC地址；新的主网关设备71′上的第三处理模块713′接收和转发分配了虚拟MAC地址的主机设备发送的数据报文；

如图9B所示，若新的主网关设备71′支持网关动态负载分担功能，则新的主网关设备71′持有虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，并具有虚拟备份组的原先主网关设备的主网关设备分配的新增虚拟MAC地址，主网关设备71′中的第一处理模块711′通过负载分担通告报文，与新的备份网关设备72′进行交互；第二处理模块712′通过ARP应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息。

在该实现网关动态负载分担***中，如图9B所示，需要注意的是：虚拟备份组7中还包括：广播模块75，用于当新的主网关设备71′具有一个VRRP配置的虚拟MAC地址，以及两个以上的新增虚拟MAC地址时，将发送虚拟IP地址的免费ARP应答报文，利用负载分担报文清空其上及新的备份网关设备72′上原来分配的新增虚拟MAC地址；分配模块76，用于根据新的备份网关设备72′重新发送负载分担通告请求报文，请求新的主网关设备71′分配新增虚拟MAC地址。

如图9C所示，为本发明实现网关动态负载分担***实施例三的再一结构示意图，该虚拟备份组7还包括：第二判断模块77，用于判断原主网关设备71是否成为虚拟备份组7内的新的备份网关设备之一；

若原主网关设备71成为新的备份网关设备之一，即新的备份网关设备72″，并支持网关动态负载分担功能，其中的第四处理模块721″将监听新的主网关设备71′中的第一处理模块711′发送的负载分担通告报文，并请求新的主网关设备分配新增虚拟MAC地址；新的主网关设备71′中的第一处理模块711′为新的备份网关设备72″分配新增虚拟MAC地址；该新的备份网关设备72″中的第五处理模块722″得到第四处理模块721″接收的新增虚拟MAC地址，并负责数据报文的接收和转发。

上述新的备份网关设备72″中的第四处理模块721″也可能监听不到新的主网关设备的负载分担通告报文，那么就是说新的主网关设备不支持网关动态负载分担功能，如图9A所示的实施例，仅新的主网关设备负责数据报文的接收和转发。

在本实施例中，由于所有的网关设备都有可能成为主网关设备或备份网关设备，实际上所有的网关设备中都有第一判断模块和第二判断模块。当重新选举后，若原来的备份网关设备变为现在的主网关设备，则其中的第一判断模块启动；若原来的主网关设备变为现在的备份网关设备，则第二判断模块启动。另外，如图9B中的广播模块和分配模块也是在所有的网关设备中都具有的，当主网关设备具有两个以上的新增虚拟MAC地址时，其上的广播模块将负责发送免费ARP应答报文，备份网关设备上的分配模块负责发送负载分担通告请求报文，请求重新分配新增虚拟MAC地址。

如图10所示，为本发明实现网关动态负载分担***实施例四的结构示意图，包括：虚拟备份组7，其中虚拟备份组7中包括三个网关设备，VRRP协议配置该虚拟备份组7的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；配置至少一个新增虚拟MAC地址，配置网关设备的负载分担权重；选举模块73，用于在三个网关设备中选举出一个主网关设备71、两个备份网关设备72和72′；

该虚拟备份组7还包括：第三判断模块78，用于判断备份网关设备是否支持网关动态负载分担功能；

当原来具有网关动态负载分担功能的备份网关设备72不支持网关动态负载分担功能后，主网关设备71中的第一处理模块711将分配给该备份网关设备72的新增虚拟MAC地址收回，由主网关设备71的第三处理模块713负责目的地址为新增虚拟MAC地址的数据报文的接收和转发。

在该实现网关动态负载分担***中，如图10所示，虚拟备份组7中还包括：广播模块75，用于当主网关设备71具有一个VRRP配置的虚拟MAC地址，以及两个以上的新增虚拟MAC地址时，将发送虚拟IP地址的免费ARP应答报文，利用负载分担报文清空其上及其他备份网关设备72′上原来分配的新增虚拟MAC地址；分配模块76，用于根据备份网关设备72′重新发送负载分担通告请求报文，请求主网关设备71分配新增虚拟MAC地址。

在本实施例中，由于所有的网关设备都有可能成为主网关设备或备份网关设备，实际上所有的网关设备中都有第三判断模块，当重新选举后，所有的备份网关设备上的该第三判断模块都用于判断本网关设备是否具有动态负载分担的功能。另外，这里的广播模块和分配模块也是在所有的网关设备中都具有的，当主网关设备具有两个以上的新增虚拟MAC地址时，其上的广播模块将负责发送免费ARP应答报文，备份网关设备上的分配模块负责发送负载分担通告请求报文，请求重新分配新增虚拟MAC地址。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种实现网关动态负载分担的方法，其特征在于包括以下步骤：

将至少两个网关设备按照虚拟路由冗余备份协议配置到同一虚拟备份组，虚拟路由冗余备份协议配置所述虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址；

在同一虚拟备份组内的所述网关设备上，配置至少一个新增虚拟MAC地址；

按照虚拟路由冗余备份协议规定的选举规则，从所述网关设备中选举出一个主网关设备和至少一个备份网关设备；

所述主网关设备持有所述虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，并通过负载分担通告报文，与所述备份网关设备进行交互，为所述备份网关设备分配所述新增虚拟MAC地址；

所述主网关设备通过地址解析协议应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息，所述虚拟MAC地址信息包括虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址和新增虚拟MAC地址。

2.根据权利要求1所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于所述主网关设备通过负载分担报文，与所述备份网关设备间进行交互，为所述备份网关设备分配所述新增虚拟MAC地址具体包括：

所述主网关设备发送负载分担通告使能报文；

所述备份网关设备接收到所述负载分担通告使能报文后，启动负载分担功能，发送负载分担通告请求报文；

所述主网关设备收集备份网关设备的设备信息，建立设备信息表和所述MAC地址信息的对应分配表，通过发送负载分担通告分配报文将所述对应分配表通告给备份网关设备；

备份网关设备接收到所述对应分配表，设置自身对应的新增MAC地址，并返回负载分担通告应答确认报文到主网关设备。

3.根据权利要求2所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于还包括：所述主网关设备通过发送所述负载分担通告分配报文向所述备份网关设备宣告其状态，所述备份网关设备通过发送所述负载分担通告应答确认报文向所述主网关设备宣告其状态。

4.根据权利要求2或3所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于还包括：当所述主网关设备不再作为所述虚拟备份组的主网关设备后，该虚拟备份组内的所有备份网关设备将按照虚拟路由冗余备份协议规定的选举规则，重新从所有备份网关设备中选举出新的主网关设备和新的备份网关设备，所述新的主网关设备持有所述虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址。

5.根据权利要求4所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于在所述重新从所有备份网关设备中选举出新的主网关设备和新的备份网关设备之后还包括：

判断所述新的主网关设备是否支持网关动态负载分担功能，若不支持，则所述新的备份网关设备将接收不到新的主网关设备发送的负载分担通告报文，清空其上的所述新增虚拟MAC地址对应分配表，所述虚拟备份组不再具有网关动态负载分担功能；若支持，则所述新的主网关设备持有所述虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址，并持有原主网关设备之前分配的所述新增虚拟MAC地址，通过地址解析协议应答报文向所述主机设备分配虚拟MAC地址信息。

6.根据权利要求4所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于在重新从所述备份网关设备中选举出新的主网关设备和新的备份网关设备之后还包括：

所述原主网关设备成为所述虚拟备份组内的所述新的备份网关设备之一，若该新的备份网关设备支持网关动态负载分担功能，将监听所述新的主网关设备发送的负载分担通告分配报文，并请求所述新的主网关设备分配所述新增虚拟MAC地址。

7.根据权利要求2或3所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于还包括：当具有网关动态负载分担功能的所述备份网关设备不支持所述网关动态负载分担功能后，则所述主网关设备将分配给该备份网关设备的所述新增虚拟MAC地址收回，由所述主网关设备负责目的地址为所述新增虚拟MAC地址的数据报文的接收和转发。

8.根据权利要求5或7所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于：

当所述新的主网关设备具有一个虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址，以及两个以上的新增虚拟MAC地址时，将发送虚拟IP地址的免费地址解析协议应答报文，利用负载分担报文清空其上及所述新的备份网关设备上原来分配的新增虚拟MAC地址；

所述新的备份网关设备将重新发送负载分担通告请求报文，请求所述新的主网关设备分配新增虚拟MAC地址。

9.根据权利要求1所述的实现网关动态负载分担的方法，其特征在于所述主网关设备通过地址解析协议应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息具体包括：

预先配置各个所述网关设备的负载分担权重；

所述主机设备向虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟备份组的虚拟IP地址发起地址解析协议请求报文；

所述主网关设备向所述主机设备发送地址解析协议应答报文，按照所述备份网关设备的负载分担权重轮序进行所述虚拟MAC地址信息应答；

所述主机设备按照其获取到的所述虚拟MAC地址信息，将所述数据报文发送到对应的主网关设备或备份网关设备上。

10.一种实现网关动态负载分担***，其特征在于包括：

虚拟备份组，所述虚拟备份组按照虚拟路由冗余备份协议配置虚拟IP地址和虚拟MAC地址，包括至少两个网关设备，在各个网关设备上均配置至少一个新增虚拟MAC地址；

所述至少两个网关设备中包括：一个主网关设备，至少一个备份网关设备；所述主网关设备持有所述虚拟备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，用于为所述备份网关设备分配所述新增虚拟MAC地址，为主机设备分配虚拟MAC地址信息。

11.根据权利要求10所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述虚拟备份组还包括：选举模块，用于在所述至少两个网关设备中选举出一个主网关设备和至少一个备份网关设备，与各个网关设备相连接。

12.根据权利要求10或11所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述主网关设备还包括：

第一处理模块，用于通过负载分担通告报文，与所述备份网关设备进行交互，为所述备份网关设备分配所述新增虚拟MAC地址，并通过发送所述负载分担通告报文向所述备份网关设备宣告其状态；

第二处理模块，用于通过地址解析协议应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址信息，所述虚拟MAC地址信息包括虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址和新增虚拟MAC地址；

第三处理模块，用于接收和转发所述主机设备发送的数据报文。

13.根据权利要求12所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述备份网关设备还包括：

第四处理模块，用于通过所述负载分担通告报文与所述主网关设备进行交互，接收所述主网关设备为其分配的所述新增虚拟MAC地址，并通过发送所述负载分担通告报文向所述主网关设备宣告其状态；

第五处理模块，用于按照所述主网关设备为其分配的所述新增虚拟MAC地址，接收和转发主机设备发送的数据报文。

14.根据权利要求13所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述虚拟备份组还包括：

第一判断模块，用于当所述主网关设备不再作为所述虚拟备份组的主网关设备后，判断重新选举出来的新的主网关设备是否支持网关动态负载分担功能；

若不支持，则新的备份网关设备中的第四处理模块接收不到所述新的主网关设备上的所述第一处理模块发送的负载分担通告报文，将清空原主网关设备为其分配的所述新增虚拟MAC地址对应分配表；所述新的主网关设备上的所述第二处理模块通过地址解析协议应答报文向主机设备分配虚拟MAC地址；所述新的主网关设备上的所述第三处理模块接收和转发所述主机设备发送的数据报文；

若支持，则所述新的主网关设备持有所述虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址，并持有原主网关设备之前分配的所述新增虚拟MAC地址，通过地址解析协议应答报文向所述主机设备分配虚拟MAC地址信息。

15.根据权利要求14所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述虚拟备份组还包括：

第二判断模块，用于判断不再作为所述虚拟备份组的主网关设备的所述主网关设备是否成为所述虚拟备份组内的所述新的备份网关设备之一；

若所述原主网关设备成为所述新的备份网关设备之一，并支持网关动态负载分担功能，将监听所述新的主网关设备发送的所述负载分担通告报文，并请求所述新的主网关设备分配所述新增虚拟MAC地址。

16.根据权利要求13所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述虚拟备份组还包括：

第三判断模块，用于判断所述备份网关设备是否支持网关动态负载分担功能；

当具有网关动态负载分担功能的所述备份网关设备不支持所述网关动态负载分担功能后，所述主网关设备中的所述第一处理模块将分配给该备份网关设备的所述新增虚拟MAC地址收回，由所述主网关设备的第三处理模块负责目的地址为所述新增虚拟MAC地址的数据报文的接收和转发。

17.根据权利要求14或16所述的实现网关动态负载分担***，其特征在于所述虚拟备份组还包括：

广播模块，用于当所述新的主网关设备具有一个虚拟路由冗余备份协议配置的虚拟MAC地址，以及两个以上的新增虚拟MAC地址时，将发送虚拟IP地址的免费地址解析协议应答报文，利用负载分担报文清空其上及所述新的备份网关设备上原来分配的新增虚拟MAC地址；

分配模块，用于根据所述新的备份网关设备重新发送负载分担通告请求报文，请求所述新的主网关设备分配新增虚拟MAC地址。

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