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詳解VRRP協(xié)議

發(fā)布時(shí)間：2020-07-08瀏覽：1913

1 VRRP概述

隨著Internet的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來(lái)越高。特別是對(duì)于終端用戶來(lái)說(shuō)，能夠?qū)崟r(shí)與網(wǎng)絡(luò)其他部分保持聯(lián)系是非常重要的。一般來(lái)說(shuō)，主機(jī)通過(guò)設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)來(lái)與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，如圖1所示：

主機(jī)將發(fā)送給外部網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)傳遞給外部網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。正常的情況下，主機(jī)可以完全信賴網(wǎng)關(guān)的工作，但是當(dāng)網(wǎng)關(guān)壞掉時(shí)，主機(jī)與外部的通信就會(huì)中斷。要解決網(wǎng)絡(luò)中斷的問(wèn)題，可以依靠再添加網(wǎng)關(guān)的方式解決，不過(guò)由于大多數(shù)主機(jī)只允許配置一個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，此時(shí)需要網(wǎng)絡(luò)管理員進(jìn)行手工干預(yù)網(wǎng)絡(luò)配置，才能使得主機(jī)使用新的網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信；有時(shí)，人們運(yùn)用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的方法來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障這一問(wèn)題，如運(yùn)行RIP、OSPF等，或者使用IRDP。然而，這些協(xié)議由于配置過(guò)于復(fù)雜，或者安全性能不好等原因都不能滿足用戶的需求。

1.2 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

VRRP具有如下優(yōu)點(diǎn)：

l 適應(yīng)性強(qiáng)。VRRP報(bào)文封裝在IP報(bào)文中，支持各種上層協(xié)議。

2 VRRP協(xié)議介紹

l 虛擬路由器：由一個(gè)Master路由器和多個(gè)Backup路由器組成。主機(jī)將虛擬路由器當(dāng)作默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。

l Master路由器：虛擬路由器中承擔(dān)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的路由器。

l 虛擬IP地址：虛擬路由器的IP地址。一個(gè)虛擬路由器可以擁有一個(gè)或多個(gè)IP地址。

l 虛擬MAC地址：一個(gè)虛擬路由器擁有一個(gè)虛擬MAC地址。虛擬MAC地址的格式為00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情況下，虛擬路由器回應(yīng)ARP請(qǐng)求使用的是虛擬MAC地址，只有虛擬路由器做特殊配置的時(shí)候，才回應(yīng)接口的真實(shí)MAC地址。

l 非搶占方式：如果Backup路由器工作在非搶占方式下，則只要Master路由器沒有出現(xiàn)故障，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。

2.2 虛擬路由器簡(jiǎn)介

虛擬路由器有自己的虛擬IP地址和虛擬MAC地址，它的外在表現(xiàn)形式和實(shí)際的物理路由器完全一樣。局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)將虛擬路由器的IP地址設(shè)置為默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，通過(guò)虛擬路由器與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

圖2 虛擬路由器示意圖

VRRP的工作過(guò)程為：

(2) Master路由器周期性發(fā)送VRRP報(bào)文，以公布其配置信息（優(yōu)先級(jí)等）和工作狀況；

(4) 虛擬路由器狀態(tài)切換時(shí)，Master路由器由一臺(tái)設(shè)備切換為另外一臺(tái)設(shè)備，新的Master路由器只是簡(jiǎn)單地發(fā)送一個(gè)攜帶虛擬路由器的MAC地址和虛擬IP地址信息的免費(fèi)ARP報(bào)文，這樣就可以更新與它連接的主機(jī)或設(shè)備中的ARP相關(guān)信息。網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)感知不到Master路由器已經(jīng)切換為另外一臺(tái)設(shè)備。

由此可見，為了保證Master路由器和Backup路由器能夠協(xié)調(diào)工作，VRRP需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

l Master路由器狀態(tài)的通告；

下面將從上述三個(gè)方面詳細(xì)介紹VRRP的工作過(guò)程。

VRRP根據(jù)優(yōu)先級(jí)來(lái)確定虛擬路由器中每臺(tái)路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。優(yōu)先級(jí)越高，則越有可能成為Master路由器。

l 如果VRRP報(bào)文中Master路由器的優(yōu)先級(jí)高于自己的優(yōu)先級(jí)，則路由器保持在Backup狀態(tài)；

l 如果在一定時(shí)間內(nèi)沒有收到VRRP報(bào)文，則路由器切換為Master狀態(tài)。

2.3.2 Master路由器狀態(tài)的通告

Master路由器主動(dòng)放棄Master地位（如Master路由器退出虛擬路由器）時(shí)，會(huì)發(fā)送優(yōu)先級(jí)為0的VRRP報(bào)文，致使Backup路由器快速切換變成Master路由器。這個(gè)切換的時(shí)間稱為Skew time，計(jì)算方式為：（256－Backup路由器的優(yōu)先級(jí)）/256，單位為秒。

在性能不夠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)中，Backup路由器可能因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)堵塞而在Master_Down_Interval期間沒有收到Master路由器的報(bào)文，而主動(dòng)搶占為Master位置，如果此時(shí)原Master路由器的報(bào)文又到達(dá)了，就會(huì)出現(xiàn)虛擬路由器的成員頻繁的進(jìn)行Master搶占現(xiàn)象。為了緩解這種現(xiàn)象的發(fā)生，特制定了延遲等待定時(shí)器。它可以使得Backup路由器在等待了Master_Down_Interval后，再等待延遲等待時(shí)間。如在此期間仍然沒有收到VRRP報(bào)文，則此Backup路由器才會(huì)切換為Master路由器，對(duì)外發(fā)送VRRP報(bào)文。

VRRP提供了三種認(rèn)證方式：

l 簡(jiǎn)單字符認(rèn)證：在一個(gè)有可能受到安全威脅的網(wǎng)絡(luò)中，可以將認(rèn)證方式設(shè)置為簡(jiǎn)單字符認(rèn)證。發(fā)送VRRP報(bào)文的路由器將認(rèn)證字填入到VRRP報(bào)文中，而收到VRRP報(bào)文的路由器會(huì)將收到的VRRP報(bào)文中的認(rèn)證字和本地配置的認(rèn)證字進(jìn)行比較。如果認(rèn)證字相同，則認(rèn)為接收到的報(bào)文是合法的VRRP報(bào)文；否則認(rèn)為接收到的報(bào)文是一個(gè)非法報(bào)文。

3 Comware實(shí)現(xiàn)的技術(shù)特色

VRRP網(wǎng)絡(luò)傳輸功能有時(shí)需要額外的技術(shù)來(lái)完善其工作。例如，Master路由器到達(dá)某網(wǎng)絡(luò)的鏈路突然斷掉時(shí)，主機(jī)無(wú)法通過(guò)此Master路由器遠(yuǎn)程訪問(wèn)該網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)，可以通過(guò)監(jiān)視指定接口上行鏈路功能，解決這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)Master路由器發(fā)現(xiàn)上行鏈路出現(xiàn)故障后，主動(dòng)降低自己的優(yōu)先級(jí)（使Master路由器的優(yōu)先級(jí)低于Backup路由器），并立即發(fā)送VRRP報(bào)文。Backup路由器接收到優(yōu)先級(jí)比自己低的VRRP報(bào)文后，等待Skew_Time切換為新的Master路由器。從而，使得能夠到達(dá)此網(wǎng)絡(luò)的Backup路由器充當(dāng)VRRP新的Master路由器，協(xié)助主機(jī)完成網(wǎng)絡(luò)通訊。

VRRP可以利用NQA技術(shù)監(jiān)視上行鏈路連接的遠(yuǎn)端主機(jī)或者網(wǎng)絡(luò)狀況。例如，Master設(shè)備上啟動(dòng)NQA的ICMP-echo探測(cè)功能，探測(cè)遠(yuǎn)端主機(jī)的可達(dá)性。當(dāng)ICMP-echo探測(cè)失敗時(shí)，它可以通知本設(shè)備探測(cè)結(jié)果，達(dá)到降低VRRP優(yōu)先級(jí)的目的。

3.2 Backup監(jiān)視Master工作狀態(tài)

Backup路由器監(jiān)視Master路由器采用的是具有快速檢測(cè)功能的BFD技術(shù)。在Backup設(shè)備上使用該技術(shù)監(jiān)視Master路由器的狀態(tài)，一旦Master路由器發(fā)生故障，Backup就可以自動(dòng)切換成為新的Master路由器，將切換時(shí)間縮短到毫秒級(jí)。

4.1 主備備份

圖3 主備備份VRRP

4.2 負(fù)載分擔(dān)

負(fù)載分擔(dān)方式是指多臺(tái)路由器同時(shí)承擔(dān)業(yè)務(wù)，因此負(fù)載分擔(dān)方式需要兩個(gè)或者兩個(gè)以上的虛擬路由器，每個(gè)虛擬路由器都包括一個(gè)Master路由器和若干個(gè)Backup路由器，各虛擬路由器的Master路由器可以各不相同，如圖4中所示。

在圖4中，有三個(gè)虛擬路由器存在：

l 虛擬路由器2：Device B作為Master路由器，Device A和Device C作為Backup路由器。

為了實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流量在Device A、Device B和Device C之間進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，需要將局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)分別設(shè)置為虛擬路由器1、2和3。在配置優(yōu)先級(jí)時(shí)，需要確保三個(gè)虛擬路由器中各路由器的VRRP優(yōu)先級(jí)形成一定的交叉，使得一臺(tái)路由器盡可能不同時(shí)充當(dāng)2個(gè)Master路由器。

VRRP可以通過(guò)BFD或NQA等快速檢測(cè)協(xié)議監(jiān)視一些上行敏感鏈路，使得Master路由器快速地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，降低自身的優(yōu)先級(jí)，從而保證上行鏈路工作正常的Backup路由器能夠接替它的工作。

如圖5所示，初始情況下，Device A作為Master路由器，承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)；Device B為Backup路由器，處于就緒監(jiān)聽狀態(tài)。Device A使用BFD監(jiān)視上行到達(dá)Internet的鏈路狀態(tài)。如果Device A的上行鏈路發(fā)生故障，Device A可以在毫秒級(jí)感知到網(wǎng)絡(luò)變化，立即發(fā)送低優(yōu)先級(jí)的VRRP報(bào)文給Device B。如果此時(shí)Device B的優(yōu)先級(jí)高于報(bào)文中的優(yōu)先級(jí)，那么它將在Skew Time時(shí)間之后切換為新的Master路由器，之后由這個(gè)新的Master路由器為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

為了保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，可以在Backup設(shè)備上使用BFD技術(shù)監(jiān)視Master的狀態(tài)，使得Master設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，Backup設(shè)備能夠立即切換為新的Master設(shè)備。

如圖6中所示，初始情況下，DeviceA作為Master路由器，承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)；DeviceB是Backup路由器，處于就緒監(jiān)聽狀態(tài)。DeviceB使用BFD監(jiān)視DeviceA上IP地址10.1.1.1的可達(dá)性。如果Device A發(fā)生故障，DeviceB可以立即通過(guò)BFD感知到對(duì)端的變化，主動(dòng)切換成為新的Master設(shè)備，之后這個(gè)新Master路由器將為網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

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