VRRP-虚拟路由器冗余协议

SylarWuuu
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VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol)

虚拟路由器冗余协议 通常情况下，同一网段的所有主机都设置一条相同的网关为下一跳的缺省路由，然而当网关故障的时候，此时该网段下的所有主机都无法与外部网络通信，通过VRRP可以避免由于局域网网关单点故障而导致的网络中断。

应用

主备备份

VRRP允许将多个路由器加入到一个备份组中，形成一台虚拟路由器。 在一个备份组中，主路由器（Master身份）承担网关功能，当主路由器出现故障时，其他备用路由器（Backup身份）通过VRRP选举出一个路由器接替主路由器的工作。 不同路由器在备份组中拥有不同的优先级，优先级最高的将成为主路由器。

如上图所示，SW1和SW2实际IP地址为192.168.0.252和192.168.0.253，通过VRRP，将映射为一个网关192.168.0.254

负载分担

VRRP负载分担使多台路由器同时承担业务，需要两个及两个以上的备份组，同一路由器可以加入不同的备份组，有不同的优先级，从而实现负载分担。

如上图所示，SW1和SW2加入两个备份组，处于上面的为备份组1，处于下面的为备份组2。SW1为备份组1Master，负责转发VLAN10的数据帧，192.168.0.0/24网段的数据包，而SW2为备份组2Master，负责转发VLAN20的数据帧，192.168.1.0/24网段的数据包。

工作原理

VRRP标准

VRRP协议报文使用固定组播地址224.0.0.18
虚MAC地址：00-00-5E-00-01-{VRID} （VRID虚拟路由器号，范围1-255）

相关概念

  • VRID：虚拟路由器号，范围1-255，以区分不同备份组
  • Master和Backup路由器：Master路由器由备份组内所有路由器根据优先级高低选举出的路由器，承担网关功能，其他都为Backup路由器。
  • IP地址拥有着：接口IP地址与虚拟IP地址相同的路由器为“IP地址拥有者”。
  • 虚MAC地址：00-00-5E-00-01-{VRID}，当虚拟路由器回应ARP请求时，回应的是虚拟MAC地址，而不是接口真实的MAC地址
  • 优先级：通过优先级确定参与到备份组每台路由器的地位，优先级最大的将成为Master路由器。优先级相同时，将比较接口的主IP地址。取值范围为0-255。实际可配置范围为1-254，0为系统保留为特殊用途，255保留给“IP地址拥有者”。
  • 抢占模式：主路由器会不断发送VRRP报文，Backup收到报文后一旦发现自己优先级更高，它将成为Master，从而发送VRRP报文，而Master收到报文后，自己的优先级较低，自动成为Backup。
  • 非抢占模式：只要Backup一直收到Master的VRRP报文，就可以证明Master运行正常，所以不会主动成为Master。在非抢占模式下，即使Master优先级降低，只要Master不故障一直处于运行状态中，Backup则不会抢占成为Master。
  • 认证类型：三种认证类型：无认证、简单字符认证和MD5认证。
    监视接口功能：在上图中，Master为SW1，SW1承担着网关的报文转发。当SW1上行链路（与SW4相连）故障后，如果没有开启接口监视，SW1仍然是Master，仍然承担报文转发任务，但此时局域网以无法与外部网络通信。 所以需要SW1监视端口1，当该端口DOWN后，在抢占模式下主动降低自己的优先级，让SW2抢占成为Master，使SW2承担报文转发任务。

VRRP报文格式

  • Version：版本号，2、3。
  • Type：VRRP报文类型。在VRRPv2下报文只有一种类型，即VRRP通告报文（Advertisement），取值为1。
  • Virtual Rtr ID（VRID）：备份组号。范围0-255。
  • Priority：路由器在备份组中的优先级。数值越大优先级越高。
  • Count IP Addrs：备份组的虚拟IP地址个数，一个IP地址可对应多个虚拟IP地址。
  • Auth Type：认证类型。0->无认证。1->简单字符认证。2->MD5认证。
  • Checksum：16位校验和。
  • IP Address：备份组虚拟IP地址表项，包含地址数定义在Count IP Addrs字段。
  • Authentication Data：验证字。

状态机

Initialize：路由器启动后进入Initialize状态，接口Startup后才会转让Backup或Master。Initialize状态不会对VRRP报文进行处理。 Master：在该状态下，定期发送VRRP广播报文。响应对虚拟IP地址的ARP请求，并且响应虚拟MAC地址。转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。在该状态中，只有接收到优先级比自己大的VRRP报文才会转为Backup。 Backup：接收Master发送的VRRP广播报文，对虚拟IP地址的ARP请求不做相应。丢弃目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。Backup有个Master_Down定时器，到时后默认Master路由器故障，自己将成为Master。

相关命令

  • [interface-view]vrrp vrid virtual-router-id virtual-ip virtual-address 创建备份组的同时，配置备份组的虚拟IP地址。为备份组指定第一个虚拟IP地址时，VRRP备份组会自动生成。以后再给这个备份组指定虚拟IP地址时，VRRP备份组仅将这个IP地址添加到它的备份组虚拟IP地址列表中。
  • [interface-view]vrrp vrid virtual-router-id priority priority-value 配置路由器再备份组中的优先级。
  • [interface-view]vrrp vrid virtual-router-id preempt-mode [timer delay delay-value] 配置备份组工作在抢占模式下，可选配置抢占延迟时间。
  • [interface-view]vrrp vrid virtual-router-id track track-entry-number priority reduced reduced-value 命令用来配置监视指定的Track项，即当Track项的状态为Negative时降低路由器的优先级
  • [system-view]dis vrrp 显示VRRP备份组状态信息，不同厂商命令大致相同。
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