VRRP的工作原理及运用

1、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lP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。

2、VRRP术语


.1)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。
2)VRRP组:
·一个VRRP组由多个VRRP路由器组成,使用相同的VRID ( Virtual Router lD,虚拟路由器ID)进行标识,属于同一VRRP组的VRRP路由器互相交换信息,
一个VRRP组中只能有一个Master。
3)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,只需知追虚队类团C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。
4)虚拟IP地址、MAC地址:
①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。
② 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,
5)Master、 Backup路由器:
①Master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的ARR请求。Master路由器同时以一定时间间隔发送VRRP消息,以变通知Backup路由器自己的存活情况。
② Backup路由器:(接受)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。
③选举依据:先比较接口VRRP优先级(默认值:100.理论取值范围:0-255,实际取值范围:1-254)(比大),如果相等,则比较接口IP地址(比大) 0,255 这两个值是不能配的。

3、虚拟MAC地址


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-O0-01-0。

4、VRRP状态机


VRRP协议的状态共有三种,分别是lnitialize,Master,Backup,初始状态都是lnitialize,通过比较优先级产生Master和iBackup,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。

5、Master/Backup路由器


1)Master路由器:
① 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。
②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。
③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。
④如果收到比自己优先级大的报文,立即成为Backup。
⑤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Backup。 Master Down_Interval定时器:Backup设备在该定时器超时后仍未收到通告报文,则会转换为Master状态。 计算公式如下:Master_Down_Interval=(3*Advertisement_Interval) + Skew_time。其中,Skew_Time=(256-Priority)/256。)

6、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。
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。(默认抢占值:0 从而出现立即抢占)

7、抢占


抢占(Preempt)
①R2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。
②可修改抢占延迟时间,缺省该时间为Os。
 

相关概述

在普通情况下,当我们配置一个网络内PC机的网关时,往往将该网络中路由器的接口IP地址作为网关地址,这样做简单可行,但是一旦路由器宕机,则该网段内的所有设备就无法上网。当配置VRRP后,可以将局域网网络拓扑修改为如下形式:

VRRP的工作原理及运用_第1张图片

 对于底层网络来说,使用两台路由器作,当一台路由器宕机后,另一台路由器即可代替该路由器履行网关的职能。

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