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VRRP簡介

VRRP是一種冗余備份協(xié)議,能夠?qū)⒍嗯_路由設(shè)備進行冗余備份為一臺虛擬路由器,并在故障發(fā)生時自動進行主備切換以保證網(wǎng)絡(luò)的正常通信。本文將簡要介紹VRRP協(xié)議的基本原理和主備備份實現(xiàn)機制。

  • 發(fā)布時間:2022-12-30

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1 什么是VRRP
VRRP是虛擬路由冗余協(xié)議(Virtual Router Redundancy Protocol)的簡稱,通常部署在局域網(wǎng)中的出口網(wǎng)關(guān)設(shè)備上,通過將具有相同出口的路由設(shè)備納入同一個備份組并通告為一臺虛擬路由器作為默認(rèn)網(wǎng)關(guān),實現(xiàn)對局域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的備份。只要將用戶的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址設(shè)置為虛擬路由器地址,當(dāng)單點網(wǎng)關(guān)設(shè)備故障造成網(wǎng)絡(luò)中斷時,VRRP協(xié)議能自動將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)切換至備份路由器進行,便可實現(xiàn)在不改變網(wǎng)絡(luò)內(nèi)主機默認(rèn)網(wǎng)關(guān)前提下網(wǎng)絡(luò)通信的快速恢復(fù)。
                                                                        
2 VRRP主備備份

2.1   基本概念

2.1.1  虛擬路由器、主路由器和備份路由器

虛擬路由器又稱為VRRP備份組,由多臺路由器備份冗余而成。它擁有統(tǒng)一的虛擬路由器標(biāo)識符和虛擬IP地址,其虛擬IP地址通常被當(dāng)作一個局域網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)關(guān)地址對外通告,因此局域網(wǎng)內(nèi)的主機感知不到多臺冗余設(shè)備的存在。
按照當(dāng)前備份組內(nèi)各路由器的運行狀態(tài),可以將組內(nèi)的物理設(shè)備分為主路由器和備份路由器。主路由器承擔(dān)響應(yīng)ARP報文和轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包的業(yè)務(wù),而備份路由器不參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),只負(fù)責(zé)實時監(jiān)聽主路由器的運行狀態(tài),以便在主路由器故障時快速響應(yīng)并升級為新的主路由器來保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

2.1.2  VRID、虛擬IP地址和虛擬MAC地址

VRID
VRID是虛擬路由器的唯一標(biāo)識符,用于在局域網(wǎng)內(nèi)區(qū)分不同的VRRP備份組。擁有相同VRID的路由器會自行協(xié)商選出組內(nèi)的主路由器,其他設(shè)備則自動成為備份路由器。
虛擬IP地址
作為虛擬路由器對外通告的IP地址,它既可以是組內(nèi)路由器的真實接口IP地址,也可以是單獨配置的IP地址。需要注意的是,若虛擬IP地址配置為組內(nèi)某個設(shè)備的真實接口IP地址,那么只要該設(shè)備通信正常,它將會自動優(yōu)先成為主路由器。
虛擬MAC地地址
即為虛擬路由器的MAC地址,具有固定的格式,與VRID有關(guān)。主路由器使用本組的虛擬MAC地址來響應(yīng)ARP請求。根據(jù)RFC協(xié)議,IPv4 VRRP的虛擬MAC地址為00-00-5E-01-VRID,IPv6 VRRP的虛擬地址為00-00-5E-02-VRID,VRID在局域網(wǎng)中的唯一性避免了多臺虛擬路由器可能造成的MAC地址沖突。

2.2   VRRP選舉和主備切換

2.2.1  主路由器選舉

VRRP備份組內(nèi)每臺物理設(shè)備都將配置一個優(yōu)先級,取值范圍為0~255,用來表示自身在組內(nèi)的備份優(yōu)先級。通過VRRP通告報文,VRRP備份組將會自動協(xié)商,選擇一臺物理設(shè)備作為主路由器來承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù),這一過程被稱為VRRP選舉。在選舉階段,通過對比組內(nèi)各物理設(shè)備的優(yōu)先級,自動將優(yōu)先級最大的路由器選舉為主路由器。選舉過程中有以下規(guī)則需要特別關(guān)注:
若組內(nèi)某設(shè)備真實的接口IP地址與虛擬路由器的虛擬IP地址相同,它將自動擁有最高優(yōu)先級255,在選舉時直接成為主路由器。
若在選舉中出現(xiàn)兩臺物理路由器優(yōu)先級相同且都為組內(nèi)最大的情況,則接口實際IP地址大的一方將成為主路由器。
優(yōu)先級為0表示當(dāng)前主路由器暫時退出VRRP備份組,常用于將次優(yōu)先的備份路由器快速切換為主路由器。

2.2.2  主備路由器切換

選舉完成后,備份路由器將通過監(jiān)測主路由器定時發(fā)出的VRRP通告報文為來實時跟蹤組內(nèi)設(shè)備的優(yōu)先級和主路由器的運行狀態(tài),判斷自身是否需要切換上線成為新的主路由器。VRRP通告報文也被稱為VRRP心跳報文。
主備切換分為搶占模式和非搶占模式兩種:
若設(shè)備工作在非搶占模式,那么只要主路由器沒有出現(xiàn)故障,備份路由器即便隨后被配置了更高的優(yōu)先級也不會主動成為主路由器。
若設(shè)備工作在搶占模式,一旦備份路由器發(fā)現(xiàn)本端的優(yōu)先級高于當(dāng)前主路由器的優(yōu)先級,它將搶占成為該VRRP組的主路由器。搶占模式下的主備切換可以分為以下兩種情況:
若收到主路由器通告狀態(tài)正常,且主路由器通告的優(yōu)先級低于本端,則本端備份路由器會立即切換成為主設(shè)備并通告組內(nèi)。
若本端超時未收到主路由器的狀態(tài)通告報文,則本端將切換為主路由器并通告組內(nèi)。
                                                                
3 VRRP與其他協(xié)議聯(lián)動
與Track聯(lián)動
通過與TRACK功能聯(lián)動,VRRP可以監(jiān)視接口狀態(tài)變化和IP主機可達性,自動調(diào)整備份組的優(yōu)先級,進而觸發(fā)備份組內(nèi)的角色競爭和狀態(tài)切換,實現(xiàn)故障監(jiān)測、自動切換的目的。檢測方式包括以下兩種:
接口狀態(tài):通過接收接口狀態(tài)變化消息來實現(xiàn)。當(dāng)該接口狀態(tài)不再為UP時,當(dāng)前的主路由器的優(yōu)先級會自動減小,以使備份路由器有機會成為主路由器,這樣就避免了因為特定線路故障導(dǎo)致整個虛擬路由器不能正常工作的情況。
主機可達性:采用定時發(fā)送ICMP探測報文的方式,同時配置發(fā)送探測報文的時間間隔、等待應(yīng)答的超時時間、連續(xù)超時次數(shù)等來判斷目的地址可達性,進而自動調(diào)整主路由器的優(yōu)先級,以確保特定網(wǎng)段間的正常通信。
與BFD聯(lián)動
VRRP與BFD聯(lián)動可以替代VRRP自身的心跳報文通告機制,能更快速檢測主備設(shè)備間的運行狀態(tài),提高了故障時主備設(shè)備的切換效率,提升網(wǎng)絡(luò)的性能。VRRP還可以利用BFD來跟蹤指定的鄰居節(jié)點,如果BFD會話檢測到與該鄰居的轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生故障,則自動降低一定數(shù)額的VRRP優(yōu)先級,主動觸發(fā)主備設(shè)備進行切換。
                                                               
4 總結(jié)
VRRP能夠在無需修改動態(tài)路由協(xié)議和主機默認(rèn)網(wǎng)關(guān)配置的前提下,有效避免單一鏈路發(fā)生故障造成的網(wǎng)絡(luò)中斷問題,并且由于協(xié)議只定義了VRRP通告一種報文,冗余備份造成的額外網(wǎng)絡(luò)開銷很小,也大大降低了管理維護成本。除此之外,VRRP還能通過簡單的配置實現(xiàn)簡易的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載分擔(dān),是一個種兼顧可靠性、易用性和兼容性的網(wǎng)絡(luò)冗余備份協(xié)議。

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