VRRP主备网关原理
文章目錄
- 前言
- 網(wǎng)關(guān)的缺陷
- VRRP基本概念
- VRRP主備備份過程
- 選舉過程：
- Master設(shè)備維持與切換：
- 搶占機制
- VRRP聯(lián)動功能
- VRRP負載分擔(dān)工作過程
- VRRP配置
前言
??局域網(wǎng)中的用戶終端通常采用配置一個默認網(wǎng)關(guān)的形式訪問外部網(wǎng)絡(luò)，如果此時默認網(wǎng)關(guān)設(shè)備發(fā)生故障，將中斷所有用戶終端的網(wǎng)絡(luò)訪問，這很可能會給用戶帶來不可預(yù)計的損失，所以可以通過部署多個網(wǎng)關(guān)的方式來解決單點故障問題，那么如何讓多個網(wǎng)關(guān)能夠協(xié)同工作但又不會互相沖突就成了最迫切需要解決的問題。
??于是VRRP應(yīng)運而生，它既可以實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的備份，又能解決多個網(wǎng)關(guān)之間互相沖突的問題。那么VRRP的工作原理是如何實現(xiàn)的？在網(wǎng)絡(luò)中又該如何配置呢？
網(wǎng)關(guān)的缺陷
??1）單網(wǎng)關(guān)的缺陷問題：當(dāng)網(wǎng)關(guān)路由器出現(xiàn)問題，本網(wǎng)段內(nèi)不能與外網(wǎng)進行通信；
??2）多網(wǎng)關(guān)的缺陷問題：本網(wǎng)段出現(xiàn)網(wǎng)關(guān)IP地址沖突，主機頻繁切換網(wǎng)絡(luò)出口；
VRRP基本概念
??VRRP路由器（VRRP Router）：運行VRRP協(xié)議的設(shè)備，如RouterA和RouterB。
??虛擬路由器（Virtual Router）：又稱VRRP備份組，由一個Master設(shè)備和多個Backup設(shè)備組成，被當(dāng)作一個共享局域網(wǎng)內(nèi)主機的缺省網(wǎng)關(guān)。如RouterA和RouterB共同組成了一個虛擬路由器。
???Master路由器（Virtual Router Master）：承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)報文任務(wù)的VRRP設(shè)備，如RouterA。
???Backup路由器（Virtual Router Backup）：一組沒有承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的VRRP設(shè)備，當(dāng)Master設(shè)備出現(xiàn)故障時，它們將通過競選成為新的Master設(shè)備，如RouterB。
???Priority：設(shè)備在備份組中的優(yōu)先級，取值范圍是0～255。0表示設(shè)備停止參與VRRP備份組，用來使備份設(shè)備盡快成為Master設(shè)備，而不必等到計時器超時；255則保留給IP地址擁有者，無法手工配置；設(shè)備缺省優(yōu)先級值是100。
???vrid：虛擬路由器的標(biāo)識，如圖中RouterA和RouterB組成的虛擬路由器的vrid為1，需手工指定，范圍1-255。
??虛擬IP地址(Virtual IP Address)：虛擬路由器的IP地址，一個虛擬路由器可以有一個或多個IP地址，由用戶配置。如RouterA和RouterB組成的虛擬路由器的虛擬IP地址為10.1.1.254/24。
??IP地址擁有者（IP Address Owner）：如果一個VRRP設(shè)備將真實的接口IP地址配置為虛擬路由器IP地址，則該設(shè)備被稱為IP地址擁有者。如果IP地址擁有者是可用的，則它將一直成為Master。
??虛擬MAC地址（Virtual MAC Address）：虛擬路由器根據(jù)vrid生成的MAC地址。一個虛擬路由器擁有一個虛擬MAC地址，格式為：00-00-5E-00-01-{vrid} 。當(dāng)虛擬路由器回應(yīng)ARP請求時，使用虛擬MAC地址，而不是接口的真實MAC地址。如RouterA和RouterB組成的虛擬路由器的vrid為1，因此這個VRRP備份組的MAC地址為00-00-5E-00-01-01。
??VRRP協(xié)議狀態(tài)機有三種狀態(tài)：Initialize（初始狀態(tài)）、Master（活動狀態(tài)）、Backup（備狀態(tài)）。
三種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件如下：
??Initialize->Master：Startup priority=255；
??Initialize->Backup：Startup priority！=255；
??Master->Initialize：設(shè)備關(guān)閉；
??Master->Backup：收到比自己優(yōu)先級更高的數(shù)據(jù)包；
??Backup->Initialize：設(shè)備關(guān)閉；
??Backup->Master：在超時時間內(nèi)沒有收到VRRP通告報文或者收到通告報文原Master優(yōu)先級為0，或者收到的通告報文中的原Master優(yōu)先級比自己的優(yōu)先級低。
Initialize狀態(tài)
??① 該狀態(tài)為VRRP不可用狀態(tài)，在此狀態(tài)時設(shè)備不會對VRRP報文做任何處理。
??② 通常剛配置VRRP時或設(shè)備檢測到故障時會進入Initialize狀態(tài)。
??③ 收到接口Up的消息后，如果設(shè)備的優(yōu)先級為255，則直接成為Master設(shè)備；如果設(shè)備的優(yōu)先級小于255，則會先切換至Backup狀態(tài)。
Master狀態(tài)
??① 定時（Advertisement Interval）發(fā)送VRRP通告報文。
??② 以虛擬MAC地址響應(yīng)對虛擬IP地址的ARP請求。
??③ 轉(zhuǎn)發(fā)目的MAC地址為虛擬MAC地址的IP報文。
??④ 如果它是虛擬IP地址的擁有者，則接收目的IP地址為這個虛擬IP地址的IP報文。
??⑤ 如果收到比自己優(yōu)先級大的報文，立即成為Backup。
??⑥ 如果多個VRRP設(shè)備同時切換到Master狀態(tài)，通過VRRP通告報文的交互進行協(xié)商后，優(yōu)先級較低的VRRP設(shè)備將切換成Backup狀態(tài)，優(yōu)先級最高的VRRP設(shè)備成為最終的Master設(shè)備；優(yōu)先級相同時，VRRP設(shè)備上VRRP備份組所在接口主IP地址較大的成為。Master設(shè)備
??⑦ 當(dāng)接收到接口的Shutdown事件時，轉(zhuǎn)為Initialize狀態(tài)。
Backup狀態(tài)
??① 接收Master發(fā)送的VRRP通告報文，判斷Master的狀態(tài)是否正常。
??② 對虛擬IP地址的ARP請求，不做響應(yīng)。
??③ 如果收到比自己優(yōu)先級小的報文時，默認立刻升主，如果配置了不搶占，則重置定時器。如果配置了搶占延遲，則重置定時器，待搶占延遲到期再升主。收到比自己優(yōu)先級高的報文時，重置定時器。如果收到優(yōu)先級和自己相同的報文，則重置定時器，不進一步比較IP地址。
??④ Master_Down_Interval定時器：Backup設(shè)備在該定時器超時后仍未收到通告報文，則會轉(zhuǎn)換為Master狀態(tài)。計算公式如下：
???Master_Down_Interval=(3 * Advertisement_Interval) + Skew_time（偏移時間）
???Skew_Time=(256–Priority)/256
??⑤ 如果收到比自己優(yōu)先級小的報文且該報文優(yōu)先級不是0，丟棄報文，立刻成為Master；如果收到報文優(yōu)先級是0，定時器時間設(shè)置為Skew_time（偏移時間）。
??⑥ 當(dāng)接收到MASTER_DOWN_TIMER定時器超時的消息時，Backup狀態(tài)才會轉(zhuǎn)為Master狀態(tài)。
??⑦ 當(dāng)接收到接口的Shutdown消息時，轉(zhuǎn)為Initialize狀態(tài)。
VRRP主備備份過程
選舉過程：
??選舉規(guī)則：比較優(yōu)先級大小，如果優(yōu)先級高則為Master設(shè)備，如果優(yōu)先級相同，并且沒有Master設(shè)備將比較IP接口地址大小，接口地址大則為Master設(shè)備。
??Master設(shè)備發(fā)送免費ARP報文，將虛擬的MAC地址通知與他相連的設(shè)備或主機，從而承擔(dān)報文轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。
Master設(shè)備維持與切換：
??Master設(shè)備周期發(fā)送VRRP報文，通知其他VRRP設(shè)備組中公開配置信息（優(yōu)先級等）和工作狀況，Backup設(shè)備接收到Master設(shè)備發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包知道Master設(shè)備是否正常工作。
??當(dāng)Master設(shè)備出現(xiàn)故障時，Backup設(shè)備不會直接變成Master設(shè)備，需要經(jīng)過Master_Down_Interval定時器超時后，Backup設(shè)備切換成Master設(shè)備，Master_Down_Interval=3×Advertisement_Interval＋Skew_Time，單位為秒。
??當(dāng)Master設(shè)備要退出VRRP設(shè)備組時，會發(fā)送優(yōu)先級為0的通過報文，Backup設(shè)備接收到后會迅速的切換成Master設(shè)備，不用經(jīng)過Master_Down_Interval定時器超時，這個切換時間為SKew_time（（256-Backup優(yōu)先級）/256），單位秒。
搶占機制
??控制具有更高優(yōu)先級的備用路由器是否能夠搶占具有較低優(yōu)先級的Master路由器，使自己成為Master。缺省為搶占模式。
??注意：存在的例外情況是如果IP地址擁有者是可用的，則它總是處于搶占的狀態(tài)，并成為Master設(shè)備。
搶占延時（Delay Time）：
??搶占延遲時間，默認為0，即立即搶占。
??圖中RouterA故障恢復(fù)后，立即搶占可能會導(dǎo)致流量中斷，因為RouterA的上行鏈路的路由協(xié)議可能未完成收斂，這種情況則需要配置Master設(shè)備的搶占延時。
??另外，在性能不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)堵塞可能導(dǎo)致Backup設(shè)備在Master_Down_Interval期間沒有收到Master設(shè)備的報文，Backup設(shè)備則會主動切換為Master。如果此時原Master設(shè)備的報文又到達了，新Master設(shè)備將再次切換回Backup，如此則會出現(xiàn)VRRP備份組成員狀態(tài)頻繁切換的現(xiàn)象。為了緩解這種現(xiàn)象，可以配置搶占延時，使得Backup設(shè)備在等待了Master_Down_Interval時間后，再等待搶占延遲時間。如在此期間仍沒有收到通告報文，Backup設(shè)備才會切換為Master設(shè)備。
VRRP聯(lián)動功能
??當(dāng)上行鏈路出現(xiàn)故障時，Master一樣還是會給VRRP組發(fā)送通告報文，不會進行主備切換，會將去往Iternet數(shù)據(jù)包丟棄。
??解決方法：利用VRRP的聯(lián)動功能監(jiān)視上行接口或鏈路故障，主動進行主備切換。
VRRP負載分擔(dān)工作過程
??負載分擔(dān)是指多個VRRP備份組同時承擔(dān)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，VRRP負載分擔(dān)與VRRP主備備份的基本原理和報文協(xié)商過程都是相同的。對于每一個VRRP備份組，都包含一個Master設(shè)備和若干Backup設(shè)備。
??與主備備份方式的不同點在于：負載分擔(dān)方式需要建立多個VRRP備份組，各備份組的Master設(shè)備分擔(dān)在不同設(shè)備上；單臺設(shè)備可以加入多個備份組，在不同的備份組中扮演不同的角色。
VRRP配置
vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.10 //配置vrid1中的虛擬IP地址。 vrrp vrid 1 priority 120 //配置在vrid1中的優(yōu)先級為120，其他設(shè)備優(yōu)先級未手動指定，缺省為100，則本設(shè)備為Master。 vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20 //配置Master設(shè)備的搶占時延為20秒。 vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/0 reduce 30 //跟蹤上行接口G0/0/0的狀態(tài)，如果端口出現(xiàn)故障，則Master設(shè)備VRRP優(yōu)先級降低30。總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的VRRP主备网关原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
