一种应用于单网卡终端实现双线路双网关的热备方法与流程

本发明涉及路由器技术领域，尤其涉及一种应用于单网卡终端实现双线路双网关的热备方法。

背景技术：

工业4.0广泛应用于制造业，对设备通信网络的联通性要求极高，需要达到全天候实时在线，其中的一个环节断网将导致整个流程停摆，而工业主机为了达到其工业要求很多情况下没有双网卡模块的配置。在此背景下我们的发明主要是解决工控主机单网卡环境下以太网双线路、双网关热备的问题。

现有的网关热备方案大多使用是Virtual Router Redundancy Protocol协议，一般使用在核心交换机上，VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）是一种容错协议。通常，一个网络内的所有主机都设置一条缺省路由，这样，主机发出的目的地址不在本网段的报文将被通过缺省路由发往路由器RouterA，从而实现了主机与外部网络的通信。当路由器RouterA 坏掉时，本网段内所有以RouterA 为缺省路由下一跳的主机将断掉与外部的通信产生单点故障。VRRP 就是为解决上述问题而提出的，它为具有多播组播或广播能力的局域网（如：以太网）设计。

VRRP 将局域网的一组路由器（包括一个Master 即活动路由器和若干个Backup 即备份路由器）组织成一个虚拟路由器，称之为一个备份组。这个虚拟的路由器拥有自己的IP 地址10.100.10.1（这个IP 地址可以和备份组内的某个路由器的接口地址相同，相同的则称为IP拥有者），备份组内的路由器也有自己的IP 地址（如Master的IP 地址为10.100.10.2，Backup 的IP 地址为10.100.10.3）。局域网内的主机仅仅知道这个虚拟路由器的IP 地址10.100.10.1，而并不知道具体的Master 路由器的IP 地址10.100.10.2 以及Backup 路由器的IP 地址10.100.10.3。它们将自己的缺省路由下一跳地址设置为该虚拟路由器的IP 地址10.100.10.1。于是，网络内的主机就通过这个虚拟的路由器来与其它网络进行通信。如果备份组内的Master 路由器坏掉，Backup 路由器将会通过选举策略选出一个新的Master 路由器，继续向网络内的主机提供路由服务。从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信。

现有的网关热备方案大多使用是Virtual Router Redundancy Protocol协议，一般使用在核心交换机上，带Virtual Router Redundancy Protocol协议核心交换机价格昂贵，而且现有方案都无法实现单网卡终端设备的线路热备。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种应用于单网卡终端实现双线路双网关的热备方法，旨在解决现有单网卡终端不能实现双线路双网关热备的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种应用于单网卡终端实现双线路双网关的热备方法，所述方法包括：

S1、单网卡终端设备的网络数据连接端口和二层交换机连接，进行数据通信；二层交换机的上行交换口分别同时接入不同的楼道交换机，进行数据通信；在路由器中分别配置2个VLAN，分别为VLAN1和VLAN2，再将路由器中的LAN1口和LAN3口加入VLAN1中，LAN2口和LAN4口加入VLAN2中，楼道交换机的上行交换口分别同时接入路由器R1、R2的VLAN1和VLAN2中；将路由器R1、R2的2个VLAN分别配置IP地址；

S2、在路由器R1、R2中配置Virtual Router Redundancy Protocol 协议，配置主IP地址，启动协议，实现网关备份；

S3、在路由器R1、R2中同时关闭VLAN2；

S4、路由器R1、R2检查Virtual Router Redundancy Protocol 协议中主IP地址是否由自己接管，如果是则启动流量监控程序监控路由器中正在运行中的VLAN的数据流量；

S5、如果监控到的VLAN的数据流量小于系统设置的阈值时，关闭该VLAN，启动另一个VLAN并监控数据流量；

S6、如果该VLAN数据流量大于等于阈值，重复S4-S6，实现线路备份。

优选地，路由器R1、R2中4个LAN口被划分成了两组，LAN1口、LAN2口为一组；LAN3口、LAN4口为一组，一组中的2个LAN口不同时使能。

优选地，所述楼道交换机带端口隔离功能。

优选地，所述二层交换机采用无管理交换机的二层交换机。

优选地，终端设备数量为2个时的拓扑结构为：终端设备C1接入二层交换机SC1，终端设备C2接入SC2，二层交换机SC1同时接入楼道交换机SL1和SL2,二层交换机SC2同时接入楼道交换机SL1和SL2，楼道交换机SL1同时接入路由器R1和R2，楼道交换机SL2同时接入路由器R1和R2。

优选地，终端设备数量超过SL1、SL2端口数-3时，则可以将楼道交换机ST1、ST2堆叠接入网络中，即楼道交换机的SL1、SL2的上行端口分别接入ST1、ST2中非上行端口，实现堆叠。

本发明技术方案中，把Virtual Router Redundancy Protocol与VLAN备份技术结合集成在成本较低的路由器上使用，既保证了2个路由器之间的冗余热备又保证了单网卡终端设备的线路热备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的组网结构示意图；

图2为本发明实施例的堆叠形式组网结构示意图；

图3为本发明实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施例

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1至图3，本发明提出一种应用于单网卡终端实现双线路双网关的热备方法，具体如下：

在终端设备只有1个以太网接口又要实现线路冗余备份时，采用如图1所示拓扑进行组网，单网卡终端设备的以太网接口和二层交换机连接，进行数据通信，终端设备C1接入二层交换机SC1，终端设备C2接入SC2，终端设备皆可按此方法接入（在忽略交换机性能的情况下，理论上可以加入无限多个终端设备），实现网口的一分二，其中，所述二层交换机采用无管理交换机的二层交换机即可。

二层交换机的上行交换口分别同时接入不同的楼道交换机，进行数据通信，二层交换机SC1同时接入楼道交换机SL1和SL2,二层交换机SC2同时接入楼道交换机SL1和SL2，楼道交换机SL1同时接入路由器R1和R2，楼道交换机SL2同时接入路由器R1和R2，其中，所述楼道交换机带端口隔离功能。

在路由器中配置WAN口，使其能与外部网络联通；路由器R1、R2的WAN口分别接入上级网络或者因特网；路由器R1、R2中4个LAN口被划分成了两组，LAN1口、LAN2口为一组；LAN3口、LAN4口为一组，一组中的2个LAN口不同时使能。

在路由器中分别配置2个VLAN，分别为VLAN1和VLAN2，再将路由器中的LAN1口和LAN3口加入VLAN1中，LAN2口和LAN4口加入VLAN2中，楼道交换机的上行交换口分别同时接入路由器R1、R2的VLAN1和VLAN2中。

SL1、SL2的上行交换口分别同时接入路由器R1、R2的LAN1、LAN2，或者LAN3、LAN4，由此，可实现线路的冗余备份，每个路由器中都有VLAN1和VLAN2，LAN1、LAN2、LAN3、LAN4分为两组，LAN1口、LAN2口为一组；LAN3口、LAN4口为一组，一组中的2个LAN口不同时使能，LAN1口和LAN3口加入VLAN1中，LAN2口和LAN4口加入VLAN2中，当路由器R1中的VLAN1和VLAN2不通时，路由器R2中的VLAN1和VLAN2可通，同理，路由器R2不通时，路由器R1可通，而连接两个路由器的终端设备则实现了线路备份。

终端设备数量超过SL1、SL2端口数-3（上行端口、接入R1端口、接入R2端口）时，则可以将楼道交换机ST1、ST2堆叠接入网络中，即楼道交换机的SL1、SL2的上行端口分别接入ST1、ST2中非上行端口，实现堆叠，如图2中C3的方式接入，ST1、ST2的上行交换口分别同时接入路由器R1、R2的LAN1、LAN2，或者LAN3、LAN4。

将路由器R1、R2的2个VLAN分别配置IP地址。（这里用IPv4协议举例：路由器R1的VLAN1：192.168.1.2；路由器R1的VLAN2：192.168.1.3；路由器R2的VLAN1：192.168.1.4；路由器R2的VLAN2：192.168.1.5；子网掩码：255.255.255.0）。

在路由器R1、R2中配置Virtual Router Redundancy Protocol 协议，配置主IP地址，例如：主IP地址：192.168.1.1，响应时间：1秒，启动协议。

在路由器R1、R2中同时关闭VLAN2，使线路正常工作，假设VLAN1和VLAN2同时打开，则会出现数据冲突，无法正常工作。

路由器R1、R2检查Virtual Router Redundancy Protocol 协议中主IP地址是否由自己接管，如果是则启动流量监控程序监控路由器中正在运行中的VLAN的数据流量。

协议启动后，路由器R1、R2检查主IP地址是否由自己接管，路由器R1、R2只要有一个配备主IP地址即可，若检查到另一路由器已配备，则无需配备，若检查到另一路由器未配备，则可配备，此时，另一路由器会检查到其他路由器已配备，则它无须配备。

如果监控到的VLAN的数据流量小于系统设置的阈值（系统中可以配置）时，关闭该VLAN，启动另一个VLAN并监控数据流量。

如果该VLAN数据流量大于等于阈值，重复监控。

系统中可设置阈值，若其中有设备出现故障，则流量会异常，低于设定阈值，则可开启另一线路，配备虚拟IP地址，实现网关备份，不会因网络异常而出现断网现象。

本发明使用的交换机只需要二层楼道交换机（带端口隔离和上行交换口）既可，大大降低了组网成本。

本发明把Virtual Router Redundancy Protocol与VLAN备份技术结合集成在成本较低的路由器上使用，既保证了2个路由器之间的冗余热备又保证了单网卡终端设备的线路热备。

通过普通网络汇聚层网络设备与网络管理器解决局域网中配置静态网关出现单点失效现象的方案，应用于边缘网络，它的设计目标是在无三层层核心交换机，终端设备又不具备多网卡的网络环境下实现双线路、双网关冗余热备，不仅仅保证了线路的冗余备份，还保证了网关设备的冗余备份，保证网络链路的正常使用。

通过该系统的web可视界面可实现以太网双线路冗余热备系统的管理。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。