什么是VRRP虚拟路由器冗余协议

技术背景

VRRP概述

VRRP的作用：

VRRP术语：

VRRP状态机

Master / Backup路由器

VRRP的工作过程

抢占

代码

技术背景

VRRP概述

Virtual Router Redundancy Protocol，也即虚拟路由器冗余协议。

利用VRRP一组路由器(同一个LAN中的接口)协同工作,但只有一个处于Master状态,处于该状态的路由器(的接口)承担实际的数据流量转发任务。在一个VRRP组内的多个路由器接口共用一个虚拟IP地址,该地址被作为局域网内所有主机的缺省网关地址。

VRRP决定哪个路由器是Master , Master路由器负责接收发送至用户网关的数据包并进行转发,以及响应PC对于其网关IP地址的ARP请求。

Backup路由器侦听Master路由器的状态,并在Master路由器发生故障时,接替其工作,从而保证业务流量的平滑切换。

VRRP的作用：

提供了局域网上的设备备份机制。VRRP是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器坏掉时，可以及时由另一台路由器来代替，从而保证通讯的连续性和可靠性。

VRRP工作时会在网络中加入一个含有虚拟IP和虚拟MAC地址的虚拟路由器，该路由器充当网络用户的网关，使得网络上的主机与虚拟路由器通信无需了解这个网络上物理路由器的任何信息。

VRRP术语：

VRRP路由器:

运行VRRP的路由器。一台VRRP路由器(的接口)可以同时参与到多个VRRP组中,在不同的组中,一台VRRP路由器可以充当不同的角色。

VRRP组:

一个VRRP组由多个VRRP路由器组成,使用相同的VRID ( Virtual Router ID，虚拟路由器ID )进行标识,属于同-VRRP组的VRRP路由器互相交换信息,每一个VRRP组中只能有一个Master。

虚拟路由器:

对于每一个VRRP组,抽象出来的一个逻辑路由器,该路由器充当网络用户的网关,该路由器并非真实存在,事实上对于用户而言,只需知道虚拟路由器的IP,至于具体的虚拟路由器的角色由谁来承担、数据转发任务由谁来承担、Master故障后谁来接替,这是VRRP的工作。

虚拟IP地址、MAC地址:

虚拟IP地址就是虚拟路由器的IP地址,该地址实际上就是用户的网关地址。

虚拟MAC地址是虚拟路由器根据VRID生成的MAC地址。一个虚拟路由器拥有一个虚拟MAC地址,格式为:00-00-5E-00-01-VRID)

Master, Backup路由器:

Master路由器:在VRRP组中实际转发数据包的路由器,在每一个VRRP组中,仅有Master响应对虚拟IP地址的ARP请求。Master路由器同时以一定的时间间隔发送VRRP消息,以便通知Backup路由器自己的存活情况。

Backup路由器:处于监听状态的路由器,一旦Master路由器出现故障，Backup路由器就开始接替工作。

选举依据:先比较接口VRRP优先级(比大) ,如果相等,则比较接口IP地址(比大)。

通过VRRP形成的虚拟路由器使用虚拟IP地址和虚拟MAC与网络中的PC进行通信。虚拟MAC的格式如下:最后1个字节的VRID表示虚拟路由器ID的16进制,例如VRID是1,虚拟MAC地址为00-00-5E-00-01-01。

VRRP状态机

VRRP协议的状态共有三种,分别是Initialize , Master , Backup ,初始状态都是Initialize ,通过比较优先级产生Master和Backup ,在规定时间内, Backup若没有收到Master发来的心跳报文,将切换为Master。

Master / Backup路由器

Master路由器:

定时( Advertisement Interval )发送VRRP通告报文,以便向Backup路由器告知自己的存活情况

以虚拟MAC地址响应其他设备对虚拟IP地址的ARP请求。

转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文

如果它是这个虚拟IP地址的拥有者(接口实际IP地址为虚拟IP地址) ,则接收目的IP地址为这个虚拟IP地址的IP报文。否则,丢弃这个IP报文。

如果收到比自己优先级大的报文,立即成为Backup.

如果收到与自己优先级相等的VRRP报文且本地接口IP地址小于对端接口IP，立即成为Backup.

Backup路由器:

接收Master设备发送的VRRP通告报文,判断Master设备的状态是否正常

对虚拟IP地址的ARP请求,不做响应

丢弃目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文。

如果收到优先级和自己相同或者比自己大的报文,则重置Master_Down_Interval定时器,不进一步比较IP地址

如果收到比自己优先级小的报文且该报文优先级是0时,定时器时间设置为Skew_time (偏移时间) ,如果该报文优先级不是0,丢弃报文,立刻成为Master.

VRRP的工作过程

1、VRRP组中的设备选举出Master, Master设备通过发送免费ARP报文,将虚MAC地址通知给与它连接的设备或者主机,从而承担报文转发任务。

2、 Master设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文。

3、如果Master设备出现故障, VRRP备份组中的Backup设备重新选举新的Master.

4、VRRP组状态切换时, Master设备由一台设备切换为另外一台设备,新的Master设备会立即发送携带虚拟路由器的虚拟MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，刷新与它连接的主机或设备中的MAC表项,从而把用户流量引到新的Master设备上来,整个过程对用户完全透明

5、原Master设备故障恢复时,若该设备为IP地址拥有者(则其优先级为255) ,将直接切换至Master状态。若该设备优先级小于255 ,将首先切换至Backup状态,且其优先级恢复为故障前配置的优先级。

6、Backup设备的优先级高于Master设备时,由Backup设备的工作方式(抢占方式和非抢占方式)决定是否重新选举Master.

抢占

R2加入到网络后,接口的VRRP状态首先过渡到Backup ,在收到R1发送的VRRP报文后,由于本地接口的VRRP优先级大于报文中的优先级,因此如果设备激活Preempt (缺省启用)则可立即抢占Master的角色,过渡到Master状态, R2开始发送VRRP消息。

可修改抢占延迟时间,缺省该时间为0s.

代码

####R1#####

[R1]int vlanif 10 进网关接口(三层交换为VLAN接口,路由器为下行接口)

[R1-Vlanif10]ip address 192.168.10.11 24

[R1-Vlanif10]vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.10.1 创建VRRP虚拟路由器的标识vrid为1,并配vrid 1的虚拟ip地址

[R1-Vlanif10]vrrp vrid 1 priority 120 ##设置设备A的优先级为120 (缺省值为100) ,数值越大越优先

[R1-Vlanif10]vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 6 ##配置Master设备的抢占时延为6秒(缺省值为0,立即抢占) ,以防频繁地进行状态切换

[R1-Vlanif10]vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/1 reduce 跟踪上行接口G0/0/1的状态,如端口故障则Master优先级降低30 (缺省值为10)

[R1-Vlanif10]vrrp vrid 1 track interface g0/0/2 跟踪下行接口

#######R2######

[R2]int vlanif 10

[R2-vlanif10lip address 192.168.10.10 24

[R2-Vlanif10lvrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.10.1

[R2-Vlanif10]vrrp vrid 1 priority 115

[R2]dis vrrp 显示VRRP状态

PC测试验证, tracert 10.0.0.1

选配项:

[R1-Vlanif10]vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 6

建议backup设备设置为立即抢占, master设备设置为延时抢占,指定一定的延迟时间,这样配置的目的是为了在网络环境不稳定时,为上下行链路的状态恢复一致性等待一定时间,以免出现双master设备或由于主备双方频繁抢占导致用户设备学习到错误的master设备MAC地址。

[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]vrrp vrid 1 timer advertise 3

master设备会以advertisement-interval通告时间定时器(缺省值为1)向组内backup设备发送vrrp通告报文,通告自己工作正常。如果backup设备在通告时间定时器(约为通告时间的3倍+偏移时间( (256-Priority) /256)超时后仍未收到vrrp通告报文,则重新选举master