VRRP協(xié)議虛擬路由器冗余協(xié)議的原理是怎樣的
發(fā)布時(shí)間：2019-10-21 點(diǎn)擊數(shù)：1333
對(duì)于虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP！了解的人并不是很多，更談不上知道它的原理了，為了能讓大家更了解VRRP協(xié)議，接下來(lái)小編給大家說(shuō)說(shuō)VRRP協(xié)議虛擬路由器冗余協(xié)議的原理是怎樣的？
一、為什么要使用VRRP技術(shù)？
我們知道，為了實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)之間的設(shè)備通信，需要配置路由。目前常用的指定路由方法有兩種：第一種是通過路由協(xié)議 ：RIP、OSPF動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)
第二種是通過靜態(tài)路由： 對(duì)終端PC機(jī)配置靜態(tài)路由。
這兩種路由各有各的優(yōu)缺點(diǎn)：
第一種路由可以自動(dòng)尋找最優(yōu)路徑，鄰居路由也可以通過學(xué)習(xí)來(lái)獲得路由表，但是動(dòng)態(tài)路由占用線路帶寬和CPU處理時(shí)間。
第二種路由是不需要CPU處理時(shí)間同樣也不占用線路帶寬，但是這個(gè)路由需要對(duì)終端的PC機(jī)進(jìn)行配置網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，工作量是比較大的。
對(duì)于以上的兩種路由在現(xiàn)在來(lái)說(shuō)都是廣泛應(yīng)用的。
我們現(xiàn)在只來(lái)分析靜態(tài)路由的缺點(diǎn)，因?yàn)閂RRP技術(shù)就是使用在靜態(tài)路由上，而不是動(dòng)態(tài)路由上。
對(duì)于靜態(tài)路由來(lái)說(shuō)，對(duì)終端PC機(jī)配置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。如果作為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的路由器出現(xiàn)故障，所有使用該網(wǎng)關(guān)為下一跳的主機(jī)的通信是要中斷的。如下圖所示；
虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP原理詳解！
在上圖中，主機(jī)Ａ—Ｄ都配置了一個(gè)默認(rèn)的網(wǎng)關(guān)：１0.1.1.1，網(wǎng)關(guān)路由的下一跳指向主機(jī)所在網(wǎng)段內(nèi)的一個(gè)路由器RouterA，RouterA將報(bào)文發(fā)送到外網(wǎng)，但是如果現(xiàn)在RouterA壞掉了，那么所有的主機(jī)將無(wú)法與其他網(wǎng)段進(jìn)行通信了。
為了解決以上的問題，我們可以加一個(gè)路由器RouterB，如下圖所示：
虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP原理詳解！
當(dāng)RouterA壞掉時(shí)，所有的PC機(jī)將網(wǎng)關(guān)切換到RouterB上的網(wǎng)關(guān)。這樣就實(shí)現(xiàn)了路由器的備份。這個(gè)技術(shù)就是VRRP技術(shù)---虛擬路由器冗余協(xié)議
二、VRRP簡(jiǎn)介（轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制）
1. VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協(xié)議）將可以承擔(dān)網(wǎng)關(guān)功能的路由器加入到備份組中，形成一臺(tái)虛擬路由器，由VRRP的選舉機(jī)制決定哪臺(tái)路由器承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)只需將虛擬路由器配置為缺省網(wǎng)關(guān)2. VRRP是一種容錯(cuò)協(xié)議，在提高可靠性的同時(shí)，簡(jiǎn)化了主機(jī)的配置。在具有多播或廣播能力的局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）中，借助VRRP 能在某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)仍然提供高可靠的缺省鏈路，有效避免單一鏈路發(fā)生故障后網(wǎng)絡(luò)中斷的問題，而無(wú)需修改動(dòng)態(tài)路由協(xié)議、路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議等配置信息。
3. VRRP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)有VRRPv2和VRRPv3兩個(gè)版本，VRRPv2于IPv4，VRRPv3基于IPv6。
4. VRRP路由器： 所有運(yùn)行VRRP協(xié)議的路由器就叫做VRRP路由器。
5. VRRP備份組：多臺(tái)路由器被分到一個(gè)組中，在這個(gè)組中選舉出一臺(tái)主路由器，其他作為備份路由器。平常時(shí)候都是主路由器一個(gè)工作，備份路由器空閑，當(dāng)主路由器故障后，從多臺(tái)備份路由器中選舉出一臺(tái)替代故障的主路由器工作。這一組中的路由器構(gòu)成了一個(gè)備份組。
如下圖所示： 有兩個(gè)路由器，兩個(gè)網(wǎng)關(guān)，從兩個(gè)路由器中選舉出一個(gè)路由器作為主路由器，其他的都是備份路由器，主路由器負(fù)責(zé)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)，而備份路由器處于空閑狀態(tài)，當(dāng)主路由器出現(xiàn)故障后，備份路由器會(huì)成為主路由器，代替主路由器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能。
虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP原理詳解！
6. 虛擬路由器：虛擬路由器是VRRP備份組中所有路由器的集合，它是一個(gè)邏輯概念，并不是正真存在的。
從備份組外面看備份組中的路由器，感覺組中的所有路由器就像一個(gè) 一樣，你可以理解為 在一個(gè)組中：主路由器+所有備份路由器=虛擬路由器。
虛擬路由器有一個(gè)虛擬的IP地址和MAC地址。如果虛擬IP和備份組中的某臺(tái)路由器的IP相同的話，那么這臺(tái)路由器稱為IP地址擁有者，并且作為備份組中的主路由器。
如下圖所示：RA、RB和RC都是VRRP路由器，他們構(gòu)成了一個(gè)VRRP備份組，RA為主路由器，RB和RC為備份路由器，這三臺(tái)路由器從外界來(lái)看就像一臺(tái)一樣，這樣構(gòu)成一個(gè)虛擬路由器Router Group，虛擬路由器有一個(gè)虛擬的IP地址為10.1.1.1（RA主路由器的IP）。RA是IP地址擁有者，也是主路由器。
7. 虛擬IP地址和MAC地址：VRRP組（備份組）中的虛擬路由器對(duì)外表現(xiàn)為唯一的虛擬MAC地址，地址格式為00-00-5E-00-01-【VRID】，VRID為VRRP組的編號(hào)，范圍是0~255.
上圖中，三臺(tái)路由器在一個(gè)組中，這個(gè)組可以起一個(gè)0~255之間的編號(hào)。
注意：
1.虛擬路由器具有IP地址。局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)僅需要知道這個(gè)虛擬路由器的IP地址， 并將其設(shè)置為缺省路由的下一跳地址
2. 虛擬路由器的 IP 地址可以是備份組所在網(wǎng)段中未被分配的IP 地址，也可以和備份組內(nèi)的某個(gè)路由器的接口IP 地址相同 3.接口 IP 地址與虛擬IP 地址相同的路由器被稱為“IP 地址擁有者” 在同一個(gè) VRRP 備份組中，只允許配置一個(gè)IP 地址擁有者
三、VRRP狀態(tài)
VRRP路由器在運(yùn)行過程中有三種狀態(tài)：1. Initialize狀態(tài)：系統(tǒng)啟動(dòng)后就進(jìn)入Initialize，此狀態(tài)下路由器不對(duì)VRRP報(bào)文做任何處理，可以理解為初始化。
2. Master狀態(tài)：路由器會(huì)發(fā)送VRRP通告，發(fā)送免費(fèi)ARP報(bào)文。
3. Backup狀態(tài)：接受VRRP通告。
一般主路由器處于Master狀態(tài)，備份路由器處于Backup狀態(tài)。
四、VRRP選舉機(jī)制
VRRP使用選舉機(jī)制來(lái)確定路由器的狀態(tài)，運(yùn)行VRRP的一組路由器對(duì)外構(gòu)成了一個(gè)虛擬路由器，其中一臺(tái)路由器處于Master狀態(tài)，其他處于Backup狀態(tài)。
所以主路由器又叫做Master路由器，備份路由器又叫做Backup路由器。
優(yōu)先級(jí)選舉：
1.VRRP組中IP擁有者。如果虛擬IP地址與VRRP組中的某臺(tái)VRRP路由器IP地址相同，則此路由器為IP地址擁有者，這臺(tái)路由器將被定位主路由器。
2.比較優(yōu)先級(jí)。如果沒有IP地址擁有者，則比較路由器的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)的范圍是0~255，大的作為主路由器
3.比較IP地址。在沒有Ip地址擁有者和優(yōu)先級(jí)相同的情況下，IP地址大的作為主路由器。
如下圖所示： 虛擬IP為10.1.1.254，在VRRP組中沒有IP地址擁有者，則比較優(yōu)先級(jí)，很明顯RB和RA的優(yōu)先級(jí)要大于RC，則比較RA和RB的IP地址，RB的IP地址大。所以RB為組中的主路由器。
五、VRRP定時(shí)器
① VRRP通告報(bào)文時(shí)間間隔定時(shí)器
1）VRRP備份組中的Master路由器會(huì)定時(shí)發(fā)送VRRP通告報(bào)文，通知備份組內(nèi)的路由器自己工作正常。
2）用戶可以通過設(shè)置VRRP定時(shí)器來(lái)調(diào)整Master路由器發(fā)送VRRP 通告報(bào)文的時(shí)間間隔。
3）如果Backup路由器在等待了3個(gè)間隔時(shí)間后，依然沒有收到VRRP 通告報(bào)文，則認(rèn)為自己是Master路由器，并對(duì)外發(fā)送VRRP通告報(bào)文，重新進(jìn)行Master路由器的選舉。
② VRRP搶占延遲時(shí)間定時(shí)器
1） 為了避免備份組內(nèi)的成員頻繁進(jìn)行主備狀態(tài)轉(zhuǎn)換，讓Backup路由器有足夠的時(shí)間搜集必要的信息（如路由信息），Backup 路由器接收到優(yōu)先級(jí)低于本地優(yōu) 先級(jí)的通告報(bào)文后，不會(huì)立即搶占成為Master
2）而是等待一定時(shí)間——搶占延遲時(shí)間后，才會(huì)對(duì)外發(fā)送VRRP通告報(bào)文取代原 來(lái)的Master路由器。
六、VRRP報(bào)文格式
VRRP只使用VRRP通告報(bào)文。
VRRP通告報(bào)文使用Ip組播數(shù)據(jù)包進(jìn)行封裝，組播地址為223.0.0.18，IANA給其分配的協(xié)議號(hào)為112。
VRRP通告報(bào)文的TTL值必須是255，如果VRRP路由器接受到TTL值不為255的VRRP通告報(bào)文，必須丟棄。
VRRP組中的主路由器會(huì)定期發(fā)送通告報(bào)文，備份路由器接受，他們通過這種方式來(lái)交流選舉
七、VRRP工作過程總結(jié)：
1. 路由器使能VRRP 功能后，會(huì)根據(jù)優(yōu)先級(jí)確定自己在備份組中的角色。優(yōu)先級(jí)高的路由器成為Master 路由器，優(yōu)先級(jí)低的成為Backup 路由器。Master 路由器定期發(fā)送VRRP通告報(bào)文，通知備份組內(nèi)的其他設(shè)備自己工作正常；Backup 路由器則啟動(dòng)定時(shí)器等待通告報(bào)文的到來(lái)。
2. 在搶占方式下，當(dāng)Backup 路由器收到VRRP 通告報(bào)文后，會(huì)將自己的優(yōu)先級(jí)與通告報(bào) 文中的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行比較。如果大于通告報(bào)文中的優(yōu)先級(jí)，則成為Master 路由器；否則將保持Backup狀態(tài)
3. 在非搶占方式下，只要Master 路由器沒有出現(xiàn)故障，備份組中的路由器始終保持Master 或Backup 狀態(tài)，Backup 路由器即使隨后被配置了更高的優(yōu)先級(jí)也不會(huì)成為Master 路由器
4. 如果Backup 路由器的定時(shí)器超時(shí)后仍未收到Master 路由器發(fā)送來(lái)的VRRP 通告報(bào)文，則認(rèn)為Master 路由器已經(jīng)無(wú)法正常工作，此時(shí)Backup 路由器會(huì)認(rèn)為自己是Master 路由器，并對(duì)外發(fā)送VRRP 通告報(bào)文。備份組內(nèi)的路由器根據(jù)優(yōu)先級(jí)選舉出Master 路由 器，承擔(dān)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)功能。
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