九、VRRP（虚拟路由器冗余协议）

一、技术背景

• 主机将发送给外部网络的报文发送给网关，由网关传递给外部网络，从而实现主机与外部网络的通信。正常的情况下，主机可以完全信赖网关的工作，但是当网关坏掉时，主机与外部的通信就会中断。要解决网络中断的问题，可以依靠再添加网关的方式解决，不过由于大多数主机只允许配置一个默认网关，此时需要网络管理员进行手工干预网络配置，才能使得主机使用新的网关进行通信；有时，人们运用动态路由协议的方法来解决网络出现故障这一问题，如运行RIP、OSPF等，或者使用IRDP。然而，这些协议由于配置过于复杂，或者安全性能不好等原因都不能满足用户的需求。

• 为了更好地解决网络中断的问题，网络开发者提出了VRRP，它既不需要改变组网情况，也不需要在主机上做任何配置，只需要在相关路由器上配置极少的几条命令，就能实现下一跳网关的备份，并且不会给主机带来任何负担。和其他方法比较起来，VRRP更加能够满足用户的需求

二、VRRP的概述

• 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

三、VRRP术语解释

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 ID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，每个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，这是VRRP的工作

4.虚拟IP、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-00-01VRID1。

5.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 )。

四、VRRP的工作原理

1.VRRP状态机工作原理

• VRRP协议的状态共有三种，分别是initialize，Master，Backup，初始状态都是lnitialize，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。

2.Master路由器工作原理

• 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

3.Backup路由器工作原理

• 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

4.VRRP工作原理

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4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5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6非抢占方式)决定是否重新选举Master

五、VRRP配置

• 第一步：设置PC4IP地址、网关、子网掩码
• 第二步：设置PC5IP地址、网关、子网掩码
• 第三步：设置LSW2配置，如下图
• 第四步：设置LSW3配置，如下2图
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• 第五步：配置LSW4，如下2图
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• 第六步：配置AR4，如下图
• 第七步：使用ping命令及tracert命令检测