基于默认路由器优先级的IPv6路由备份机制研究

【 摘 要 】 随着互联网技术的爆炸性发展，网络应用日益深入到人们的生活之中。 网络冗余备份机制显得越发重要。作为IPv4的替代协议，IPv6网络必须提供可靠的网络冗余机制保证业务的可靠传输。多路由器备份是一个日益重要的网络冗余备份机制。在多路由器备份场景中，在同一链路上的两个或多个路由器提供网络的冗余备份功能。本文中将分析研究IPv6 邻居发现协议以及默认路由优先级协议，并利用路由器发现机制，邻居不可达检测机制以及默认路由器优先级实现网络冗余机制。

【 关键词 】 IPv6；冗余备份；路由器发现；默认路由器优先级；邻居不可达检测

The Study of IPv6 Route Redundancy based on Default Route Preference

Yu Xu-dong

[Nokia Solutions and Networks System Technology （Beijing） Co.， Ltd ZhejiangHangzhou 310053]

【 Abstract 】 With the explosive growth of Internet， the usage of Internet increasingly comes into people's life. At the same time， network redundancy mechanism is more and more important. As a replacement of IPv4 protocol， IPv6 network need also to provide the network redundancy to make sure the successful transmission of service. Multiple routers redundancy is one important network redundancy scenario in which there are two or more routers on the same link to provide the network redundancy. In this paper， IPv6 neighbor discovery protocol and default router preference protocol will be analyzed and finally we will use the router discovery process， neighbor unreachable detection process and default router preference to implement the multiple routers redundancy scenario.

【 Keywords 】 ipv6； redundancy； router discovery； default router preferences； neighbor unreachable detection

1 前言

随着网络应用日益深入到人们的生活之中，网络冗余备份机制显得越发重要。作为IPv4的替代协议， IPv6网络必须提供可靠的网络冗余机制保证业务的可靠传输。多路由器备份是一个日益重要的网络冗余备份机制。在多路由器备份场景中，在同一链路上的两个或多个路由器提供网络的冗余备份功能。本文中将分析研究IPv6 邻居发现协议以及默认路由优先级协议，并利用路由器发现机制，邻居不可达检测机制以及默认路由器优先级实现网络冗余机制。

2 邻居发现协议

邻居发现协议是IPv6协议的一个基本组成部分。它主要利用ICMPv6协议，增加了新的ICMPv6 报文类型以解决几个问题。路由器发现：主机如何定位链路上的路由器；前缀发现：主机如何发现同一链路上有哪些前缀；参数发现：节点学习链路MTU等参数，地址自动配置；地址解析：获取邻居的链路层地址，下一跳判定；邻居不可达检测：判定邻居可达状态，重复地址检测；重定向：路由器告知主机更好的第一跳节点。

IPv6主机利用邻居发现协议中的路由器发现过程来发现链路上的路由器网关。路由器发现过程定义并使用了路由器公告（ICMPv6 类型133）和路由器请求（ICMPv6 类型133）两种 ICMPv6消息。

路由器随机的发出非请求路由器公告报文到链路范围内所有节点组播地址（FF02：：1）如图1所示。此时链路范围内的所有主机都可以接收到该路由器公告报文。

IPv6主机也可以通过发送路由器请求报文到链路范围内所有路由器组播地址（FF02：：2）主动请求路由器发送路由器公告报文。当路由器收到主机的路由器请求报文时将立即发送路由器公告报文作为回应。如图2所示。

当收到路由器公告报文后，IPv6主机将根据路由器公告报文的内容自动配置默认路由列表。IPv6主机将使用默认路由器列表来选择默认路由器转发报文。

3 默认路由优先级

如图3所示，在同一个链路上存在多个路由器，其中与路由器1 相比，路由器2可以提供更好的路由转发性能。理论上IPv6主机应该优先选择路由器2作为默认路由器。但是根据RFC4861定义的路由器发现协议， 当一个链路上存在多个路由器时，IPv6 主机从默认路由器列表中循环选择默认路由器。此时路由器1可能被主机选为默认路由器。实际上这样的选择不是最优化的。

RFC4191在路由器公告报文的基础上，使用了路由器公告报文中的保留位，增加了Prf （Default Router Preference）字段，用来定义路由器优先级：

01 High

00 Medium （default）

11 Low

10 Reserved - MUST NOT be sent

IPv6主机可以根据路由器公告报文中的路由器优先级来选择高优先级的路由器作为默认路由器。如图4所示，主机1 和主机2 选择了具有更高优先级的路由器2 作为默认路由器。

此时如果路由器2 发生故障，主机1和2将选择备份的路由器1 作为默认路由转发数据报文。

4 默认路由器不可达检测

优选的默认路由器可能因为很多原因失效不能提供服务，例如硬件故障，链路故障等等。IPv6主机必须检测到优选默认路由器故障从而选择备份的默认路由器。在IPv6中，主机使用邻居不可达检测机制来发现优选默认路由器故障。邻居不可达检测过程定义并使用了邻居公告（ICMPv6 类型136）和邻居请求（ICMPv6 类型135）两种 ICMPv6消息。

当IPv6主机收到邻居路由器公告报文后，IPv6主机将为邻居路由器创建新的邻居列表，其邻居状态都变为REACHABLE。经过一定时间，邻居状态由REACHABLE变为STALE状态。当主机需要发送数据给一个状态为STALE的邻居时，发送主机把邻居状态改为DELAY，并启动定时器。若定时器超时后，邻居状态仍为DELAY，则把邻居状态改为PROBE。若定时器超时前收到邻居可达确认，则邻居状态变为 REACHABLE 。在 PROBE 状态，主机每隔一定时间重发一次单播的邻居请求，直到收到邻居的可达性确认。当发送了若干个邻居请求后，依然没有收到邻居的回应，则中止发送，删除邻居条目，此时认为邻居不可达，如图5所示。

5 实现网络备份机制

图6给出了一个利用路由器优先级，路由器发现过程以及邻居不可达检测过程实现的路由器备份过程。

（1）路由器1和路由器2发送路由器公告。

（2）根据路由器优先级，主机创建路由默认路由器列表，选择高优先级的路由器作为主路由器，低优先级路由器作为备份路由器。

（3）正常情况下IPv6报文经路由器2转发。

（4）主路由器2发生故障。

（5）主机通过邻居不可达检测机制检测到主路由器2不可达。

（6）选择备份路由器1作为主默认路由器。

（7）新的IPv6报文经路由器1转发。

6 结束语

当使用IPv6承载网络业务时，网络的冗余备份机制变得越来越普遍，越来越重要。本文通过在IPv6网络中应用路由器发现机制，路由器优先级以及邻居不可达检测机制实现了IPv6网络的路由器冗余备份机制，为IPv6网络业务的传输提供了可靠保证，并提高了网络自愈能力。同时我们也应该注意到当IPv6网络用于语音，数据等实时业务传输时，业务要求可靠不间断传输。本文提供的IPv6 网络路由器备份机制的有效性依赖于邻居故障发现以及备份路由器切换的有效性及快速性。根据邻居发现协议，邻居不可达检测通常需要几秒，十几秒的时间，对于传送实时业务的通信网络，这样的故障切换时间太长。如何缩短故障切换时间是我们下一步的研究方向。

参考文献

[1] Conta， A.， Deering， S.， and M. Gupta， Ed.， "Internet Control Message Protocol （ICMPv6） for the Internet Protocol Version 6 （IPv6） Specification"， RFC 4443， March 2006.

[2] T. Narten， E. Nordmark， W. Simpson and H. Soliman， "Neighbor Discovery for IP version 6 （IPv6）"， RFC 4861， September 2007.

[3] R. Draves and D. Thaler， " Default Router Preferences and More-Specific Routes"， RFC 4191， November 2005.

作者简介：

于旭东（1978-），男，辽宁人，硕士，工程师；主要研究方向和关注领域：网络通信。