网关负载平衡协议——GLBP

15.3.1 实验目的

（1）理解GLBP的工作原理

（2）掌握GLBP的配置和测试

15.3.2 实验原理

1.GLBP简介

GLBP(网关负载平衡协议)是cisco私有协议，他弥补了现有的冗余路由器协议的局限性， 设计GLBP的目的是自动选择和同时使用多个可用的网关。和HSRP、VRRP不同的是，GLBP可充分利用资源，同时无需配置多个组和管理多个默认网关配置。

GLBP组中最多可以有4台路由器作为IP默认网关。这些网关被称为AVF（Active Virtual Forwarder，活跃虚拟转发器）。GLBP自动管理虚拟MAC地址的分配、决定谁负责处理转发工作（这是区别于HSRP和VRRP的关键，在GLBP中有一个虚拟IP，但对应多个虚拟MAC）。

GLBP的负载均衡可以通过三种方式来实现：

l 加权负载均衡算法：前往AVF的流量取决于包含该AVF网关通告的权重值。

l 主机相关负载均衡：确保主机始终使用同一个虚拟MAC地址。

l 循环负载均衡算法：在解析虚拟IP地址的应答中，将包含各个虚拟转发器的MAC地址，以此让主机将数据发送到不同的路由器上，从而实现了网关负载均衡。

默认情况下，GLBP以循环方式根据源主机来均衡负载。

2.GLBP配置命令

HSSP和VRRP能实现网关冗余，然而，如果要实现负载平衡，需要创建多个组，并让客户端指向不同的网关。GLBP（Gateway Load Balance Protocol）也是Cisco的专有协议，不仅提供冗余网关功能，还在各网关之间提供负载均衡。GLBP也是由多个路由器组成一个组，虚拟一个网关出来。GLBP选举出一个AVG(Avtive Virtual Gateway)，AVG不是负责转发数据的。AVG分配最多4个MAC地址给一个虚拟网关，并在计算机进行ARP请求时，用不同的MAC进行响应，这样计算机实际就把数据发送给不同的路由器了，从而实现负载平衡。在GLBP中，真正负责转发数据的是AVF（Avtive Virtual Forawarder），GLBP会控制GLBP组中哪个路由器是哪个MAC地址的活动路由器。

AVG的选举和HRSP中活动路由器的选举非常类似，优先级最高的路由器成为AVG，次之的为Abckup AVG，其余的为监听状态。一个GLBP组只能有一个AVG和一个Backup AVG，主AVG失败，备份AVG顶上。一台路由器可以同时是AVG和AVF。AVF是某些MAC的活动路由器，也就是说，如果计算机把数据发往这个MAC，它将接收。当某一MAC的活动路由器有故障时，其他AVF将成为这一MAC的新的活动路由器，从而实现冗余功能GLBP的负载平衡策略可以根据不同主机、简单地轮询，或者根据路由器的权重平衡，默认是轮询方式。

命令
Router(config-if)# glbp group_number ip ip_address	设置GLBP组号和虚拟IP地址
Router(config-if)# glbp  group_number  priority priority_value	配置GLBP的优先级，如果不设置该项，默认优先级为100 ，该值越大，抢占为活动路由器的优先权越高
Router(config-if)# glbp group_number preempt	该设置允许该路由器在优先级是最高时成为活动路由器。
Router(config-if)# glbp group_number timer hello_time  hold_Time	设置该路由器的hello_time和hold_time
Router(config-if)# glbp group_number Authentication  md5   key-string   password	配置认证密码，防止非法设备加入到GLBP组中，同一个组的密码必须一致

3.GLBP配置实例

图15-6 GLBP的配置

IP地址表

设备	接口	IP地址	子网掩码
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）步骤1： 配置ip 地址和路由协议等。
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)步骤2:配置glbp
R1(config)# interface fa 0/0
R1(config-if)# glbp 1 ip 192.168.12.254
//和hsrp类似，创建glbp组，虚拟网关的ip 为192.168.12.254
R1(config-if)# glbp 1 priority 200
//配置优先级，优先级高的路由器成为avg,默认为100。
R1(config-if)# glbp 1 preempt
//配置avg抢占，否则即使优先级再高，也不会成为avg.
R1(config-if)# glbp 1 authentication md5 key-string cisco
//以上是配置认证，防止非法设备接入
R2(config)# int fa 0/0
R2(config-if)# glbp 1 ip 192.168.12.254
           //和hsrp类似，创建glbp组，虚拟网关的ip 为192.168.12.254
R2(config-if)# glbp 1 priority 180
//配置优先级，优先级高的路由器成为avg,默认为100。
R2(config-if)# glbp 1 preempt
//配置avg抢占，否则即使优先级再高，也不会成为avg.
R2(config-if)# glbp 1 authentication md5 key-string cisco
//以上是配置认证，防止非法设备接入
(3)步骤3 ：查看glbp信息。
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  //虚拟的网关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   //说明R1是活动avg
  Standby is 192.168.12.2, priority 180 (expires in 8.352 sec)  //说明R2是备份avg


  Priority 200 (configured)
  Weighting 100 (default 100), thresholds: lower 1, upper 100
  Load balancing: round-robin
  Group members:    //以下显示glbp组中的成员
    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)   //虚拟网关的其中一个Mac，说明R1是0007.b400.0101的活动路由器，也就是说，如果计算机把数据发往0007.b400.0101，将由R1接收数据，再进行转发
    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)    //虚拟网关的另外一个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  //虚拟的网关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)  //说明R1是活动avg
  Standby is local  //说明R2是备份avg
  Priority 180 (configured)
  Weighting 100 (default 100), thresholds: lower 1, upper 100
  Load balancing: round-robin
  Group members: //以下显示glbp组中的成员
    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) //虚拟网关的另外一个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)  //虚拟网关的其中一个Mac，说明R2是0007.b400.0102的活动路由器，也就是说，如果计算机把数据发往0007.b400.0102，将由R2接收数据，再进行转发
    Owner ID is 04c5.a43f.e4e0
    Preemption enabled, min delay 30 sec
    Active is local, weighting 100


 (4)步骤4：检查glbp的负载平衡功能
在PC1上配置IP地址，网关指向192.168.12.254 ，并进行以下操作：
①在PC1上ping 172.16.1.100 ，然后使用arp –a命令查看到网关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请求获得网关（192.168.1.254）的MAC为00-07-b4-00-01-01
②然后在PC1上再使用arp -d 命令，删除arp缓冲表
③接着在PC1上ping 172.16.1.100，然后使用arp –a命令查看到网关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请求获得网关（192.168.1.254）的MAC为00-07-b4-00-01-02，也就是说，在GLBP响应ARP请求时，每次会用不同的MAC响应，从而实现负载平衡。
【说明】
默认时，GLBP的负载平衡策略是轮询方式，可以在接口下使用”glbp 1 load-balancing”命令修改，有以下选项：
host-dependent：根据不同主机的源MAC地址进行平衡；
round-robin：轮询方式，即每响应一次ARP请求，轮换一个地址；
weighted：根据路由器的权重分配，权重高的被分配的可能性越大。
（5）步骤5：检查GLBP的冗余功能
①首先在PC1上用”arp –a”命令确认192.168.1.254的MAC地址是什么，从而确定出当前空间是哪个路由器在实际转发数据。在这里，192.168.1.254的MAC地址为00-07-b4-00-01-01，是R1在转发数据。
②然后在PC1上连续ping PC2，并在R1上关闭fa 0/0接口，观察PC1的通信情况：
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出故障后，其他路由器很快接替了它的工作，计算机的通信只受到短暂的影响。因此GLBP不仅有负载平衡的能力，也有冗余的能力。

为了保障网络的稳定性，减少因网络设备故障而导致网络瘫痪，在OSI/RM的二层，交换机厂商开发出了STP以及PVST等技术，实现交换机的冗余备份和负载均衡。那在OSI/RM第三层那就有HSRP（思科私有协议）和VRRP（IEEE标准）。不过HSRP和VRRP正常情况下，只有冗余备份的功能，而要实现负载均衡的功能，只有创建多个备份组，两个或多个虚拟网关，让局域内的PC机配置不同的网关，从而实现负载均衡的功能，这样在操作上就显得比较麻烦。

思科公司开发的GLBP技术（Gateway Load Balance Protocol）,由多个路由器组成一个备份组，将每台路由器的MAC地址（最多四个）加入备份组，成为虚拟网关的MAC地址组。当局域网内的PC机请求网关ARP响应时，虚拟网关的MAC地址组中MAC地址轮流响应，从而实现流量根据二层的网关MAC地址走不同的真实路由器，从而实现负载均衡。