虚拟路由网关协议VRRP

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。

两种工作模式的VRRP：

• 标准协议模式：基于RFC 实现的VRRP。
• 负载均衡模式：在标准协议模式的基础上进行了扩展，实现了负载均衡功能

2.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，属于同一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）。

3.VRRP报文格式

 VRRP报文字段含义如下：

①Ver:VRRP目前有两个版本，其中VRRPV2仅适用于IPv4网络，VRRPv3适用于IPv4和
IPv6两种网络。
②Virtual Rtr lD:该报文所关联的虚拟路由器的标识。
③Priority:发送该报文的VRRP路由器的优先级。
④Count IP Addrs:该VRRP报文中所包含的虚拟IP地址的数量。
⑤Auth Type:VRRP支持三种认证类型:不认证、纯文本密码认证、MD5方式认证，对应值分别为0、1、2。
⑥Adver Int:发送VRRP通告消息的间隔。默认为1秒
⑦IP Address:所关联的虚拟路由器的虚拟IP地址，可以为多个。

⑧Authentication Data:验证所需要的密码信息。

4.Master / Backup 路由器

• VRRP通过协议报文选举Master，除Master外，其它路由器作为Backup对Master进行备份。
• Master 充当Virtual Router完成网关的所有功能。
• Virtual Router由LAN上唯一的Virtual Router ID标识。并具有如下的MAC地址：00-00-5E-00-01-{vrid}.

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。

5.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。

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6.VRRP基本配置

1.创建VRRP备份组并给备份组分配虚拟IP地址:

[int-g0/0/0]vrrp vrid virtual-router-id virtual-ip virtual-address

注意: 各备份组直接的虚拟IP地址不能重复; 同属一个备份组的设备接口需使用相同的VRID;

2.配置路由器在备份组中的优先级:

[int-g0/0/0]vrrp vrid virtual-router-id priority priority-value

注意: 通常情况下, master的优先级需高于backup设备.

3.配置备份组中该设备的抢占时间：

[int-g0/0/0]vrrp vrid virtual-router-id preempt-mode timer delay delay-value

4.配置VRRP备份组中采用非抢占模式:

[int-g0/0/0]vrrp vrid virtual-router-id preempt-mode disable

缺省情况下为抢占模式

5.配置VRRP备份组监视接口

[int-g0/0/0]vrrp vrid virtual-router-id track interface interface-type interface-number [increased value-increased | reduced value-decreased]

可配置设备当检测到上行接口或者链路故障时, 增加或减少自身优先级, IP地址拥有者和Eth-trunk成员口不允许配置VRRP监视功能.

6.配置VRRP备份联动普通BFD会话:

[int-g0/0/0]vrrp vrid virtual-router-id track bfd-session {bfd-session-id | session-name bfd-configure-name} [increased value-increased | reduced value-decreased]

• 如果选择参数session-name bfd-configure-name, 可以绑定静态BFD会话或标识符自动协商的静态BFD会话
• 如果选择参数bfd-session-id, 只能绑定静态BFD会话

7.配置举例

1.实验拓扑

2.实验要求

• R1与R2组成一个VRRP备份组, 其中R1为master, R2为backup;
• master设备故障时恢复采用抢占模式, 抢占时延10s;
• master设备监视上行接口状态实现VRRP主备自动切换.

3.实验配置

R1：

int g0/0/0
	ip address 192.168.1.253 24
	vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
	vrrp vrid 1 priority 120
	vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 10
	vrrp vrid 1 track int g0/0/1 reduced 30

R2：

int g0/0/0
	ip address 192.168.1.252 24
	vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
	vrrp vrid 1 priority 110

4.配置验证