理论+实验:虚拟路由冗余协议 VRRP--------------------------------一看就会,一做就废!

目录

    • 一、VRRP概述
    • 二、VRRP特性
    • 三、工作原理
        • 3.1 VRRP状态机
        • 3.2 VRRP工作过程
    • 四、缺省配置
    • 五、实验
        • 5.1 实验设备
        • 5.2 配置命令
        • 5.3 验证

一、VRRP概述

VRRP是一种容错协议,可以实现下一跳网关设备的备份,当连接主机的下一跳网关设备出现故障时,由网络中另一台设备代替故障设备进行工作,从而保证网络通信的连续性和可靠性。

随着网络的快速普及和相关应用的日益深入,各种增值业务(如IPTV、视频会议等)已开始广泛部署。基础网络的可靠性日益成为用户关注的焦点,能够保证网络传输不中断对于终端用户非常重要。

通常情况下,用户通过网关设备与外部网络通信(如图1所示)。当网关设备发生故障时,用户与外部网络的通信就会中断。配置多个出口网关是提高设备可靠性的常见方法,但终端用户设备通常不支持动态路由协议,无法实现多个出口网关的选路。

图1 局域网缺省网关示意图
理论+实验:虚拟路由冗余协议 VRRP--------------------------------一看就会,一做就废!_第1张图片
VRRP能够有效解决上述问题,通过将多台设备虚拟为一台网关设备,将虚拟网关设备的IP地址作为用户的缺省网关实现与外部网络通信。当网关设备发生故障时,VRRP机制能够选举新的网关设备承担数据流量,从而保障网络的可靠性。

如图2所示,在SwitchA和SwitchB上配置VRRP备份组后,VRRP备份组将两台设备虚拟成一台网关设备,虚拟网关设备具有虚拟IP地址和虚拟MAC地址,主机只感知这个虚拟网关设备的存在,以它为网关与外部进行通信。

正常情况下,用户侧的流量通过Master设备转发。当Master设备出现故障时,通过VRRP协商,从Backup设备中选举出新的Master设备,即SwitchB,继续承担流量转发工作。

图2 VRRP备份组示意图
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二、VRRP特性

VRRP配置逻辑

  • 根据不同的网络类型,可以选择配置基于IPv4的VRRP或基于IPv6的VRRP,配置逻辑如下:

  • 配置VRRP基本功能:包括VRRP主备备份和VRRP负载分担。VRRP主备备份是VRRP实现网关备份的基本方式;VRRP负载分担通过配置多个VRRP备份组,在实现网关备份的同时,也实现流量的负载分担。

  • 配置管理VRRP:配置管理VRRP备份组,可以减少协议报文对带宽的占用。创建VRRP备份组后,可以将其配置为管理VRRP,还可以配置成员VRRP备份组与管理VRRP备份组绑定,实现成员VRRP备份组和管理VRRP备份组状态机的同步。

  • 配置VRRP联动功能:实现VRRP在自身或上行链路故障时能够及时感知并进行主备切换。配置VRRP基本功能后,可以配置VRRP联动功能,以优化VRRP主备切换功能,进一步增强网络的可靠性。

VRRP基本功能

  • VRRP主备备份

现网中,用户一般通过网关设备与外部网络通信,当网关设备故障时,用户与外部网络的通信就会中断。VRRP主备备份可以有效解决这个问题,通过将多台设备虚拟成一台网关设备,此虚拟网关设备由一个Master设备和若干Backup设备组成,正常情况下,用户侧的流量通过Master设备转发。当Master设备出现故障时,通过VRRP协商,从Backup设备选举出新的Master设备,继续承担流量转发工作,实现了网关的冗余备份。

  • VRRP负载分担

局域网中,所有用户通过一台网关设备与外部网络进行通信时,可能导致网关因流量过高而出现流量拥塞或丢失。VRRP负载分担可以有效解决这个问题。配置多个VRRP备份组,其中每个备份组都由一个Master设备和若干Backup设备组成,且各VRRP备份组的Master设备各不相同。通过将每个备份组分别配置为部分主机的缺省网关,实现了流量转发的负载分担,同时,也实现了网关的相互备份。

三、工作原理

3.1 VRRP状态机

VRRP协议中定义了三种状态机:初始状态(Initialize)、活动状态(Master)、备份状态(Backup)。其中,只有处于Master状态的设备才可以转发那些发送到虚拟IP地址的报文。

表1 VRRP协议状态
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3.2 VRRP工作过程

VRRP的工作过程如下:

  • VRRP备份组中的设备根据优先级选举出Master。Master设备通过发送免费ARP报文,将虚拟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。
  • Master设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文,以公布其配置信息(优先级等)和工作状况。
  • 如果Master设备出现故障,VRRP备份组中的Backup设备将根据优先级重新选举新的Master。
  • VRRP备份组状态切换时,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。
  • 原Master设备故障恢复时,若该设备为IP地址拥有者(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。
  • 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。

四、缺省配置

  • 介绍VRRP常用参数的缺省配置。
    表1 VRRP常用参数缺省值
    在这里插入图片描述

五、实验

实验拓扑图
理论+实验:虚拟路由冗余协议 VRRP--------------------------------一看就会,一做就废!_第4张图片

5.1 实验设备

一台路由器、两台三层交换机、一台二层交换机、两台PC。

5.2 配置命令

PC1和PC2配置IP
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路由和交换机配置

################SW3配置##################
system-view

sysname sw3

vlan batch 10 20

interface Ethernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10

interface Ethernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 20

interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 10 20

interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 10 20
################SW1配置##################
system-view

sysname sw1

vlan batch 10 20 100                           ##划分VLAN 10 20

interface GigabitEthernet0/0/1              ##配置G0/0/1为access口 VLAN100 
 port link-type access
 port default vlan 100

interface GigabitEthernet0/0/2               ##配置G0/0/1为Trunk口,只允许VLAN10 VLAN20流量过
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 10 20

quit

interface Vlanif10
 ip address 192.168.10.10 255.255.255.0
 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.10.1                               ##配置虚拟IP地址
 vrrp vrid 1 priority 120                                               ##配置优先级120  越大越优先
 vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/1        ##配置监听端口G0/0/1,当这个地方down 优先级减10
 vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/2        ##配置监听端口G0/0/1,当这个地方down 优先级减10

quit

interface Vlanif20
 ip address 192.168.20.10 255.255.255.0
 vrrp vrid 2 virtual-ip 192.168.20.1                               ##配置虚拟IP地址
 vrrp vrid 2 priority 115                                                ##配置优先级115  越大越优先

quit

interface Vlanif100
 ip address 11.0.0.2 255.255.255.252                           ##配置互联口IP地址

quit

ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 11.0.0.1                          ##配置默认路由
################SW2配置##################
system-view

sysname sw1

vlan batch 10 20 100

interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 100

interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 10 20

quit

interface Vlanif10
 ip address 192.168.10.20 255.255.255.0
 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.10.1
 vrrp vrid 1 priority 115

quit

interface Vlanif20
 ip address 192.168.20.20 255.255.255.0
 vrrp vrid 2 virtual-ip 192.168.20.1
 vrrp vrid 2 priority 120
 vrrp vrid 2 track interface GigabitEthernet0/0/1
 vrrp vrid 2 track interface GigabitEthernet0/0/2

quit

interface Vlanif100
 ip address 12.0.0.2 255.255.255.252

quit

ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 12.0.0.1
################AR1配置##################
system-view

sysname AR1

interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 11.0.0.1 255.255.255.252 

interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 12.0.0.1 255.255.255.252 

quit

interface LoopBack0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.0 

quit

ip route-static 192.168.10.0 255.255.255.0 11.0.0.2
ip route-static 192.168.10.0 255.255.255.0 12.0.0.2 preference 70
ip route-static 192.168.20.0 255.255.255.0 11.0.0.2 preference 70
ip route-static 192.168.20.0 255.255.255.0 12.0.0.2

5.3 验证

配置完成后,我们抓包看一下。里面的源地址和目的地址和协议都没有问题。
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优先级是刚刚配置的120
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我们down掉SW1上的G0/0/1的线路,抓包看一下是否切换到备用线路了。
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抓包前我们用pc1 ping 一下回环口看一下down掉时会丢一个包。
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通过抓包可以看到由ip地址192.168.10.10切换成了192.168.10.20备用线路,而且使用ARP宣告出去。
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我们在恢复down掉的那条线路,看一下pc1 ping回环口地址会和down一样出现丢包情况,这里因为Ensp模拟器bug原因出现多个丢包,应该真实环境也是丢一个包左右。
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我们再用PC1和PC2 ping 一下环回口地址看一下。
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