VRRP技术原理和配置方法

一、产生的背景

随着网络规模日趋增大，网络服务覆盖日趋广泛，人们对网络的稳定性提出可更高的要求，当前的网络环境中一台终端设备只允许配置一个默认网关，当网关发生故障时，用户便会脱离与网络的连接，在这种背景下VRRP应用而生。

• 当RTA设备发生故障时，下端所有设备均无法正常访问互联网。

二、VRRP技术原理

当终端设备的默认网关设备发生故障时，由另一台网关设备来代替出现故障的网关，从而保持网络通信的连续性和可靠性。

2.1协议内容

在VRRP协议中定义了以下内容：

同时，VRRP也定义了Master路由器是否可以抢占，如果VRRP工作中非抢占模式，即使后续有更高优先级的路由器出现，也不会成为新的Master路由器。

2.2 VRRP工作过程

1. 协议启动时所有路由器工作在Backup状态，通过VRRP报文的交互获得其他路由器的优先级，优先级最高的成为Master路由器（当路由器为IP地址拥有者时，其优先级始终为255，只要其工作正常，就是Master路由器）。Master路由器通过发送免费ARP报文，将自己的虚拟MAC地址通告其他设备，什么自己将作为网关从而承担报文转发任务；
2. Master路由器会周期性的通过VRRP报文汇报工作情况（优先级、设备情况）。

2.3 虚拟路由器变更

1. 如果在一定时间内没有收到VRRP报文判断Master路由器故障时，如果此时多个Backup路由器竞争Master路由器的位置，将通过优先级来选举Master路由器，Backup路由器默认等待的时间称为Master_Down_Interval，取值为：（3×VRRP报文的发送时间间隔）＋Skew time，单位为秒。；
2. Master路由器主动放弃Master地位（如Master路由器退出虚拟路由器）时，会发送优先级为0的VRRP报文，虚拟路由器中的Backup路由器将根据优先级重新选举新的Maste路由器。这个切换的时间称为Skew time，计算方式为：（256－Backup路由器的优先级）/256，单位为秒。；
3. 当配置在抢占模式时，有更高优先级的路由器接入。

2.4 VRRP认证方式

VRRP提供了三种认证方式：无认证、简单字符认证、MD5认证

2.5 VRRP工作模式

• 主备备份模式：Master路由器一直正常工作，那么Backup路由器则长期处于待机状态，显然这种做法比较浪费，所以一般会采用负载分担模式，负载分担模式下是Backup路由器也会处于工作状态。
• 负载分担模式：在路由器的一个接口上可以创建多个虚拟路由器，使得该路由器可以在一个虚拟路由器中作为Master路由器，同时在其他的虚拟路由器中作为Backup路由器。负载分担方式是指多台路由器同时承担业务，因此负载分担方式需要两个或者两个以上的虚拟路由器，每个虚拟路由器都包括一个Master路由器和若干个Backup路由器，各虚拟路由器的Master路由器可以各不相同，

2.6 上行跟踪和Master监控

• 上行跟踪：VRRP可以通过NQA的ICMP-echo探测功能直接监视连接上行链路的接口状态。当连接上行链路的接口down时，将Master路由器降低指定的优先级。VRRP优先级最低可以降低到1；VRRP也可以利用BFD技术监视上行链路状态，由于BFD的精度可以到达10ms，通过BFD能够快速检测出链路状态的变化，Backup路由器等待Skew time后，抢占成为新的Master路由器。
• Master监控：正常情况下Master路由器故障，需要等待Master_Down_Interval才能转换为Master路由器，这段时间内下挂终端将无法正常通信，Backup路由器采用BFD技术监视Master路由器，一旦Master路由器发生故障，Backup就可以毫秒级的切换成为新的Master路由器。

三、VRRP配置实验(负载分担模式）

3.1 实验过程

实验拓扑：

AR1：

<Huawei>undo terminal monitor 
<Huawei>system-view 
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/0
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]ip address 172.16.1.1 255.255.255.252 
[Huawei-GigabitEthernet0/0/0]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]ip address 172.16.1.5 255.255.255.252 
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]ip address 10.1.1.1 255.255.255.252
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]quit
[Huawei]ospf 1
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.3
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.1.0 0.0.0.7
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.0.0 0.0.3.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[Huawei-ospf-1]quit
[Huawei]quit
<Huawei>save

LSW1:

<Huawei>undo terminal monitor 
<Huawei>system-view 
[Huawei]vlan batch 10 20 100
[Huawei]interface Vlanif 10
[Huawei-Vlanif10]ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
[Huawei-Vlanif10]vrrp vrid 10 virtual-ip 192.168.1.254
[Huawei-Vlanif10]vrrp vrid 10 priority 150
[Huawei-Vlanif10] vrrp vrid 10 track interface GigabitEthernet0/0/2
[Huawei-Vlanif10]quit
[Huawei]interface Vlanif 20
[Huawei-Vlanif20]ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
[Huawei-Vlanif20]vrrp vrid 20 virtual-ip 192.168.2.254
[Huawei-Vlanif20]vrrp vrid 20 priority 130
[Huawei-Vlanif20] vrrp vrid 20 track interface GigabitEthernet0/0/2
[Huawei-Vlanif20]quit
[Huawei]interface Vlanif 100
[Huawei-Vlanif100]ip address 172.16.1.2 255.255.255.252
[Huawei-Vlanif100]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10 20
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 100
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/3
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]port link-type trunk
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]port trunk allow-pass vlan 10 20
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]quit
[Huawei]ospf 1
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.3
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.1.0 0.0.0.7
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.0.0 0.0.3.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[Huawei-ospf-1]quit
[Huawei]quit
<Huawei>save

LSW2:

<Huawei>undo terminal monitor 
<Huawei>system-view 
[Huawei]vlan batch 10 20 100
[Huawei]interface Vlanif 10
[Huawei-Vlanif10]ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
[Huawei-Vlanif10]vrrp vrid 10 virtual-ip 192.168.1.254
[Huawei-Vlanif10]vrrp vrid 10 priority 130
[Huawei-Vlanif10] vrrp vrid 10 track interface GigabitEthernet0/0/2
[Huawei-Vlanif10]quit
[Huawei]interface Vlanif 20
[Huawei-Vlanif20]ip address 192.168.2.2 255.255.255.0
[Huawei-Vlanif20]vrrp vrid 20 virtual-ip 192.168.2.254
[Huawei-Vlanif20]vrrp vrid 20 priority 150
[Huawei-Vlanif20] vrrp vrid 20 track interface GigabitEthernet0/0/2
[Huawei-Vlanif20]quit
[Huawei]interface Vlanif 100
[Huawei-Vlanif100]ip address 172.16.1.6 255.255.255.252
[Huawei-Vlanif100]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10 20
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/2
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]port default vlan 200
[Huawei-GigabitEthernet0/0/2]quit
[Huawei]interface GigabitEthernet 0/0/3
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]port link-type trunk
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]port trunk allow-pass vlan 10 20
[Huawei-GigabitEthernet0/0/3]quit
[Huawei]ospf 1
[Huawei-ospf-1]area 0
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.3
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.1.0 0.0.0.7
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]network 192.168.0.0 0.0.3.255
[Huawei-ospf-1-area-0.0.0.0]quit
[Huawei-ospf-1]quit
[Huawei]quit
<Huawei>save

LSW3:

<Huawei>undo terminal monitor 
<Huawei>system-view 
[Huawei]vlan batch 10 20
[Huawei]port-group group-member Ethernet 0/0/4 Ethernet 0/0/5
[Huawei-port-group]port link-type access 
[Huawei-port-group]port default vlan 10
[Huawei-port-group]quit
[Huawei]port-group group-member Ethernet 0/0/1 Ethernet 0/0/2
[Huawei-port-group]port link-type trunk
[Huawei-port-group]port trunk allow-pass  vlan 10 20
[Huawei-port-group]quit
[Huawei]quit
<Huawei>save

LSW4:

<Huawei>undo terminal monitor 
<Huawei>system-view 
[Huawei]vlan batch 10 20
[Huawei]port-group group-member Ethernet 0/0/4 Ethernet 0/0/5
[Huawei-port-group]port link-type access 
[Huawei-port-group]port default vlan 20
[Huawei-port-group]quit
[Huawei]port-group group-member Ethernet 0/0/1 Ethernet 0/0/2
[Huawei-port-group]port link-type trunk
[Huawei-port-group]port trunk allow-pass  vlan 10 20
[Huawei-port-group]quit
[Huawei]quit
<Huawei>save

在配置过程中接入层交换机只放通自己对应的VLAN，可能由于MSTP协议的存在，导致汇聚层VLAN之间无法联通。

3.2实验结果验证：

1. 全网互通
   PC1到服务器：
   

PC3到服务器：

2. 网关备份

LSW1：
LSW2：

3. 负载分担
   PC1、PC3 同时ping服务器：
   在LSW1的G0/0/2口抓包：
   
   在LSW2的G0/0/2口抓包：
   
4. 上链链路故障
   PC1 ping服务器，途中downLSW1的G0/0/2口，观测业务是否中断，流量走向：
   未中断时LSW1的G0/0/2口抓包：
   
   中断时，PC端延迟上升，但是业务未中断
   
   中断后，流量切换到LSW2的G0/0/2口
   
   中断后网关角色（存在问题，正常情况下LSW1 VRID 10中的Master将变为Initialize，LSW2 VRID 10 中Backup将变为Master）
   LSW1：
   
   LSW2：
   

小结：

1. 路由器使能VRRP 功能后，会根据优先级确定自己在备份组中的角色。优先级高的路由器成为Master 路由器，优先级低的成为Backup 路由器。Master 路由器定期发送VRRP通告报文，通知备份组内的其他设备自己工作正常;Backup 路由器则启动定时器等待通告报文的到来。
2. 在抢占方式下，当Backup 路由器收到VRRP 通告报文后，会将自己的优先级与通告报 文中的优先级进行比较。如果大于通告报文中的优先级，则成为Master 路由器;否则将保持Backup状态。
3. 在非抢占方式下，只要Master 路由器没有出现故障，备份组中的路由器始终保持Master 或Backup 状态，Backup 路由器即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master 路由器。
4. 如果Backup 路由器的定时器超时后仍未收到Master 路由器发送来的VRRP 通告报文，则认为Master 路由器已经无法正常工作，此时Backup 路由器会认为自己是Master 路由器，并对外发送VRRP 通告报文。备份组内的路由器根据优先级选举出Master 路由 器，承担报文的转发功能。

最后

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