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閘道器負載平衡協議——GLBP

阿新 • • 發佈：2019-01-27

15.3.1 實驗目的

（1）理解GLBP的工作原理

（2）掌握GLBP的配置和測試

15.3.2 實驗原理

1.GLBP簡介

GLBP(閘道器負載平衡協議)是cisco私有協議，他彌補了現有的冗餘路由器協議的侷限性， 設計GLBP的目的是自動選擇和同時使用多個可用的閘道器。和HSRP、VRRP不同的是，GLBP可充分利用資源，同時無需配置多個組和管理多個預設閘道器配置。

GLBP組中最多可以有4臺路由器作為IP預設閘道器。這些閘道器被稱為AVF（Active Virtual Forwarder，活躍虛擬轉發器）。GLBP自動管理虛擬MAC地址的分配、決定誰負責處理轉發工作（這是區別於HSRP和VRRP的關鍵，在

GLBP中有一個虛擬IP，但對應多個虛擬MAC）。

GLBP的負載均衡可以通過三種方式來實現：

l 加權負載均衡演算法：前往AVF的流量取決於包含該AVF閘道器通告的權重值。

l 主機相關負載均衡：確保主機始終使用同一個虛擬MAC地址。

l 迴圈負載均衡演算法：在解析虛擬IP地址的應答中，將包含各個虛擬轉發器的MAC地址，以此讓主機將資料傳送到不同的路由器上，從而實現了閘道器負載均衡。

預設情況下，GLBP以迴圈方式根據源主機來均衡負載。

2.GLBP配置命令

HSSP和VRRP能實現閘道器冗餘，然而，如果要實現負載平衡，需要建立多個組，並讓客戶端指向不同的閘道器。GLBP（Gateway Load Balance Protocol

）也是Cisco的專有協議，不僅提供冗餘閘道器功能，還在各閘道器之間提供負載均衡。GLBP也是由多個路由器組成一個組，虛擬一個網關出來。GLBP選舉出一個AVG(Avtive Virtual Gateway)，AVG不是負責轉發資料的。AVG分配最多4個MAC地址給一個虛擬閘道器，並在計算機進行ARP請求時，用不同的MAC進行響應，這樣計算機實際就把資料傳送給不同的路由器了，從而實現負載平衡。在GLBP中，真正負責轉發資料的是AVF（Avtive Virtual Forawarder），GLBP會控制GLBP組中哪個路由器是哪個MAC地址的活動路由器。

AVG的選舉和HRSP中活動路由器的選舉非常類似，優先順序最高的路由器成為

AVG，次之的為Abckup AVG，其餘的為監聽狀態。一個GLBP組只能有一個AVG和一個Backup AVG，主AVG失敗，備份AVG頂上。一臺路由器可以同時是AVG和AVF。AVF是某些MAC的活動路由器，也就是說，如果計算機把資料發往這個MAC，它將接收。當某一MAC的活動路由器有故障時，其他AVF將成為這一MAC的新的活動路由器，從而實現冗餘功能GLBP的負載平衡策略可以根據不同主機、簡單地輪詢，或者根據路由器的權重平衡，預設是輪詢方式。

命令 

Router(config-if)# glbpgroup_number ip ip_address

設定GLBP組號和虛擬IP地址

Router(config-if)#glbpgroup_number  prioritypriority_value

配置GLBP的優先順序，如果不設定該項，預設優先順序為100 ，該值越大，搶佔為活動路由器的優先權越高

Router(config-if)# glbpgroup_number preempt

該設定允許該路由器在優先順序是最高時成為活動路由器。

Router(config-if)# glbpgroup_number timer hello_time  hold_Time

設定該路由器的hello_time和hold_time

Router(config-if)#glbpgroup_number

Authentication  md5   key-string   password

配置認證密碼，防止非法裝置加入到GLBP組中，同一個組的密碼必須一致

3.GLBP配置例項


圖15-6 GLBP的配置

IP地址表

裝置

介面

IP地址

子網掩碼

R1

Fa 0/0

192.168.12.1

255.255.255.0

Fa 0/1

192.168.123.1

255.255.255.0

R2

Fa 0/0

192.168.12.2

255.255.255.0

Fa 0/1

192.168.123.2

255.255.255.0

R3

Fa 0/1

192.168.123.3

255.255.255.0

Fa 0/0

172.16.1.1

255.255.255.0

PC1

NIC

192.168.12.100

255.255.255.0

PC2

NIC

172.16.1.100

255.255.255.0

表15-5 IP地址表

（1）步驟1： 配置ip 地址和路由協議等。
R1(config)# interface fa 0/0
R1(config-if)# ip add 192.168.12.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#exit
R1(config)# inter fa 0/1
R1(config-if)# ip add 192.168.123.1 255.255.255.0
R1(config-if)#no shut
R1(config-if)#exit
R1(config)# router rip
R1(config-router)# network 192.168.12.0
R1(config-router)# network 192.168.123.0
R1(config-router)# passive-interface fa 0/0
R2(config)# int fa 0/0
R2(config-if)# ip add 192.168.12.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shut
R2(config-if)#exit
R2(config)# int fa 0/1
R2(config-if)# ip add 192.168.123.2 255.255.255.0
R2(config-if)#no shut
R2(config-if)#exit
R2(config)# router rip
R2(config-router)# network 192.168.12.0
R2(config-router)# network 192.168.123.0
R2(config-router)# passive-interface fa 0/0
R3(config)# int fa 0/1
R3 (config-if)# ip add 172.16.1.1 255.255.255.0
R3(config-if)#no shut
R3(config-if)#exit
R3 (config)# int fa 0/0
R3 (config-if)# ip add 192.168.123.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no shut
R3(config-if)#exit
R3 (config)# router rip
R3 (config-router)# network 192.168.123.0
R3 (config-router)# network 172.16.0.0
(2)步驟2:配置glbp
R1(config)# interface fa 0/0
R1(config-if)# glbp 1 ip 192.168.12.254
//和hsrp類似，建立glbp組，虛擬閘道器的ip 為192.168.12.254
R1(config-if)# glbp 1 priority 200
//配置優先順序，優先順序高的路由器成為avg,預設為100。
R1(config-if)# glbp 1 preempt
//配置avg搶佔，否則即使優先順序再高，也不會成為avg.
R1(config-if)# glbp 1 authentication md5 key-string cisco
//以上是配置認證，防止非法裝置接入
R2(config)# int fa 0/0
R2(config-if)# glbp 1 ip 192.168.12.254
           //和hsrp類似，建立glbp組，虛擬閘道器的ip 為192.168.12.254
R2(config-if)# glbp 1 priority 180
//配置優先順序，優先順序高的路由器成為avg,預設為100。
R2(config-if)# glbp 1 preempt
//配置avg搶佔，否則即使優先順序再高，也不會成為avg.
R2(config-if)# glbp 1 authentication md5 key-string cisco
//以上是配置認證，防止非法裝置接入
(3)步驟3 ：檢視glbp資訊。
R1#show glbp
FastEthernet0/0 - Group 1
  State is Active
    1 state change, last state change 00:00:47
  Virtual IP address is 192.168.12.254  //虛擬的閘道器ip地址
  Hello time 3 sec, hold time 10 sec
    Next hello sent in 0.736 secs
  Redirect time 600 sec, forwarder timeout 14400 sec
  Authentication MD5, key-string
  Preemption enabled, min delay 0 sec
  Active is local   //說明R1是活動avg
  Standby is 192.168.12.2, priority 180 (expires in 8.352 sec)  //說明R2是備份avg


  Priority 200 (configured)
  Weighting 100 (default 100), thresholds: lower 1, upper 100
  Load balancing: round-robin
  Group members:    //以下顯示glbp組中的成員
    04c5.a43f.e4e0 (192.168.12.2) authenticated
    04c5.a4b3.bba0 (192.168.12.1) local
  There are 2 forwarders (1 active)
  Forwarder 1
    State is Active
      1 state change, last state change 00:00:36
    MAC address is 0007.b400.0101 (default)   //虛擬閘道器的其中一個Mac，說明R1是0007.b400.0101的活動路由器，也就是說，如果計算機把資料發往0007.b400.0101，將由R1接收資料，再進行轉發
    Owner ID is 04c5.a4b3.bba0
    Redirection enabled
    Preemption enabled, min delay 30 sec
    Active is local, weighting 100
  Forwarder 2
    State is Listen
    MAC address is 0007.b400.0102 (learnt)    //虛擬閘道器的另外一個Mac，
    Owner ID is 04c5.a43f.e4e0
    Redirection enabled, 599.744 sec remaining (maximum 600 sec)
    Time to live: 14399.744 sec (maximum 14400 sec)
    Preemption enabled, min delay 30 sec
Active is 192.168.12.2 (primary), weighting 100 (expires in 10.656 sec)


R2#show glbp
FastEthernet0/0 - Group 1
  State is Standby
    1 state change, last state change 00:26:41
  Virtual IP address is 192.168.12.254  //虛擬的閘道器ip地址
  Hello time 3 sec, hold time 10 sec
    Next hello sent in 1.056 secs
  Redirect time 600 sec, forwarder timeout 14400 sec
  Authentication MD5, key-string
  Preemption enabled, min delay 0 sec
  Active is 192.168.12.1, priority 200 (expires in 8.896 sec)  //說明R1是活動avg
  Standby is local  //說明R2是備份avg
  Priority 180 (configured)
  Weighting 100 (default 100), thresholds: lower 1, upper 100
  Load balancing: round-robin
  Group members: //以下顯示glbp組中的成員
    04c5.a43f.e4e0 (192.168.12.2) local
    04c5.a4b3.bba0 (192.168.12.1) authenticated
  There are 2 forwarders (1 active)
  Forwarder 1
    State is Listen
    MAC address is 0007.b400.0101 (learnt) //虛擬閘道器的另外一個Mac，
    Owner ID is 04c5.a4b3.bba0
    Time to live: 14397.664 sec (maximum 14400 sec)
    Preemption enabled, min delay 30 sec
    Active is 192.168.12.1 (primary), weighting 100 (expires in 10.368 sec)
  Forwarder 2
    State is Active
      1 state change, last state change 00:26:46
    MAC address is 0007.b400.0102 (default)  //虛擬閘道器的其中一個Mac，說明R2是0007.b400.0102的活動路由器，也就是說，如果計算機把資料發往0007.b400.0102，將由R2接收資料，再進行轉發
    Owner ID is 04c5.a43f.e4e0
    Preemption enabled, min delay 30 sec
    Active is local, weighting 100


 (4)步驟4：檢查glbp的負載平衡功能
在PC1上配置IP地址，閘道器指向192.168.12.254 ，並進行以下操作：
①在PC1上ping 172.16.1.100，然後使用arp –a命令檢視到閘道器192.168.12.254的mac地址
C:\>arp –a
Interface:192.168.12.100---0x03
   Internet Address      Physical Address    Type
   192.168.12.254      00-07-b4-00-01-01   dynamic
//以上表明PC1的ARP請求獲得閘道器（192.168.1.254）的MAC為00-07-b4-00-01-01
②然後在PC1上再使用arp -d 命令，刪除arp緩衝表
③接著在PC1上ping 172.16.1.100，然後使用arp –a命令檢視到閘道器192.168.12.254的mac地址
C:\>arp –a
Interface;192.168.1.100---0x03 
   Internet Address      Physical Address     Type
   192.168.12.254      00-07-b4-00-01-02   dynamic
//以上表明PC1的再次ARP請求獲得閘道器（192.168.1.254）的MAC為00-07-b4-00-01-02，也就是說，在GLBP響應ARP請求時，每次會用不同的MAC響應，從而實現負載平衡。
【說明】
預設時，GLBP的負載平衡策略是輪詢方式，可以在介面下使用”glbp 1 load-balancing”命令修改，有以下選項：
host-dependent：根據不同主機的源MAC地址進行平衡；
round-robin：輪詢方式，即每響應一次ARP請求，輪換一個地址；
weighted：根據路由器的權重分配，權重高的被分配的可能性越大。
（5）步驟5：檢查GLBP的冗餘功能
①首先在PC1上用”arp –a”命令確認192.168.1.254的MAC地址是什麼，從而確定出當前空間是哪個路由器在實際轉發資料。在這裡，192.168.1.254的MAC地址為00-07-b4-00-01-01，是R1在轉發資料。
②然後在PC1上連續ping PC2，並在R1上關閉fa 0/0介面，觀察PC1的通訊情況：
C:\>ping –t 172.16.1.100
Reply from 172.16.1.100; bytes=32 time<1ms TTL=254
Reply from 172.16.1.100; bytes=32 time<1ms TTL=254
Reply from 172.16.1.100; bytes=32 time<1ms TTL=254
Request timed out.
Request timed out.
Reply from 172.16.1.100; bytes=32 time<1ms TTL=254
Reply from 172.16.1.100; bytes=32 time<1ms TTL=254
Reply from 172.16.1.100; bytes=32 time<1ms TTL=254

//可以看到R1出故障後，其他路由器很快接替了它的工作，計算機的通訊只受到短暫的影響。因此GLBP不僅有負載平衡的能力，也有冗餘的能力。

為了保障網路的穩定性，減少因網路裝置故障而導致網路癱瘓，在OSI/RM的二層，交換機廠商開發出了STP以及PVST等技術，實現交換機的冗餘備份和負載均衡。那在OSI/RM第三層那就有HSRP（思科私有協議）和VRRP（IEEE標準）。不過HSRP和VRRP正常情況下，只有冗餘備份的功能，而要實現負載均衡的功能，只有建立多個備份組，兩個或多個虛擬閘道器，讓局域內的PC機配置不同的閘道器，從而實現負載均衡的功能，這樣在操作上就顯得比較麻煩。

思科公司開發的GLBP技術（Gateway Load Balance Protocol）,由多個路由器組成一個備份組，將每臺路由器的MAC地址（最多四個）加入備份組，成為虛擬閘道器的MAC地址組。當局域網內的PC機請求閘道器ARP響應時，虛擬閘道器的MAC地址組中MAC地址輪流響應，從而實現流量根據二層的閘道器MAC地址走不同的真實路由器，從而實現負載均衡。


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