VRRP

VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议)既能够实现网关的备份，又能解决多个网关之间互相冲突的问题，从而提高网络可靠性。

单网关面临的问题

当网关Router出现故障时，本网段内以该设备为网关的主机都不能与Internet进行通信

VRRP概述

通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的"路由设备"，使用一定的机制保证当主机的下一跳路由设备出现故障时，及时将业务切换到备份路由设备，从而保持通讯的连续性和可靠性

如图中：

局域网中有两个路由器R1和R2，R1端口IP：192.168.1.251/24，R2端口IP：192.168.1.252/24
配置R1和R2关联到同一虚拟路由器，该虚拟路由器使用192.168.1.254作为端口IP地址
所有PC使用192.168.1.254作为默认网关

VRRP基本概念

VRRP路由器：运行VRRP协议的路由器，VRRP是配置在路由器的接口上的，而且也是基于接口来工作的

VRID：一个VRRP组(VRRP Group)由多台协同工作的路由器(的接口)组成，使用相同的VRID(Virtual Router Identifier，虚拟路由器标识符)进行标识。属于同一个VRRP组的路由器之间交互VRRP协议报文并产生一台虚拟"路由器"。一个VRRP组中只能出现一台Master路由器。

虚拟路由器：VRRP为每一个组抽象出一台虚拟"路由器(Virtual Router)"，该路由器并非真实存在的物理设备，而是由VRRP虚拟出来的逻辑设备。一个VRRP组只会产生一台虚拟路由器

虚拟IP地址：虚拟路由器拥有自己的IP地址以及MAC地址，其中IP地址由网络管理员在配置VRRP时指定，一台虚拟路由器可以有一个或多个IP地址，通常情况下用户使用该地址作为网关地址。

虚拟MAC地址：虚拟MAC地址的格式是：0000-5e00-01xx，其中xx为VRID

Master路由器：Master路由器在一个VRRP组中承担报文转发任务。在每一个VRRP组中，只有Master路由器才会响应针对虚拟IP地址的ARP Request。Master路由器会以一定的事件间隔周期性地发送VRRP报文，以便通知同一个VRRP组中的Backup路由器关于自己的存活情况

Backup路由器：也被称为备份路由器。Backup路由器将会实时侦听Master路由器发送出来的VRRP报文，它随时准备接替Master路由器的工作

Priority：优先级值是选举Master路由器和Backup路由器的依据，优先级取值范围0-255，值越大越优先，值相等则比较接口IP地址的大小，大者优先。

VRRP报文格式

VRRP只有一种报文，即Advertisement报文，基于组播方式发送，因此只能在同一个广播域传递。Advertisement报文的目的组播地址为224.0.0.18

VRRP报文字段含义：

Ver：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
Virtual Rtr ID：该报文所关联的虚拟路由器的标识
Priority：发送该报文的VRRP路由器的优先级
Count IP Addrs：该VRRP报文中所包含的虚拟IP地址的数量
Auth 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
Adver Int：发送VRRP通告消息的间隔，默认为1秒
IP Address：所关联的虚拟路由器的虚拟IP地址，可以为多个
Authentication Data：验证所需要的密码信息

VRRP定时器

在VRRP协议工作过程中，VRRP定义了两个定时器

ADVER_INTERVAL定时器：Master发送VRRP通告报文时间周期，缺省值：1秒
MASTER_DOWN定时器：Backup设备监听该定时器超时后，会变为Master状态

MASTER_DOWN定时器计算公式：

MASTER_DOWN = (3 * ADVER_INTERVAL) + Skew_time(偏移时间)，其中Skew_time = (256 - Priority)/256

VRRP技术原理

VRRP状态机

VRRP协议状态机有三种状态：Initialize(初始状态)、Master(活动状态)、Backup(备份状态)

一个Startup事件可以由系统在VRRP配置完成后自动触发，也可以是在已经配置VRRP的端口上，底层链路由不可用变为可用而触发

VRRP协议状态

Master状态

定期(ADVER_INTERVAL)发送VRRP报文
以虚拟MAC地址响应对虚拟IP地址的ARP请求
转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文
默认允许ping通虚拟IP地址
当多台设备同时为Master时，若设备收到与自己优先级相同的报文时，会进一步比较IP地址的大小。如果收到报文的源IP地址比自己大，则切换到Backup状态，否则保持Master状态

Backup状态

接收Master设备发送的VRRP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MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文
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优先级大的报文时，重置MASTER_DOWN定时器，不进一步比较IP地址的大小

VRRP主备选举

VRRP优先级不相等时主备选举过程：

R1的接口VRRP优先级为200，R2的接口VRRP优先级为100，两台设备完成初始化后首先切换至Backup状态
R1与R2根据各自MASTER_DOWN定时器超时时间由Backup切换到Master状态，所以R1比R2更快切换至Master状态
R1和R2通过相互发送VRRP报文进行Master选举，优先级高的被选举为Master设备，因此R1被选为Master路由器
R1被选举为Master路由器后，立即发送免费ARP报文将虚拟MAC地址通告给与它连接的设备和主机

VRRP优先级相等时主备选举过程：

R1和R2接口的VRRP优先级都为200，两台设备完成初始化后首先切换至Backup状态
由于优先级相同，R1与R2的MASTER_DOWN定时器超时后，同时由Backup状态切换至Master状态
R1与R2交换VRRP报文，优先级一样，通过比较接口IP地址选举Master路由器，由于R2的接口IP地址大于R1的接口IP地址，因此R2被选举为Master路由器
R2被选举为Master路由器后，立即发送免费ARP报文将虚拟MAC地址通告给与它连接的设备和主机

配置为IP地址拥有者时主备选举过程：

R1和R2的接口VRRP优先级都采用默认配置(默认为100)，但是R1的接口IP地址与Virtual IP地址相同
R1的接口直接切换至Master状态，R1成为Master路由器

无法手动将VRRP接口优先级配置为255，当接口IP地址为IP地址拥有者时，优先级自动称为255

VRRP主备切换

当Master设备主动放弃Master地位时，会发送优先级为0的通告报文，用来使Backup设备快速切换成Master设备，而不用等到MASTER_DOWN定时器超时。这个切换时间称为Skew_time
当Master设备发生网络故障而不能发送通告报文的时候，Backup设备并不能立即知道其工作状况。等到MASTER_DOWN定时器超时后，才会认为Master设备无法正常工作，从而将状态切换为Master

VRRP主备回切