VRRP協(xié)議虛擬路由器冗余協(xié)議的原理是怎樣的
發(fā)布時間：2019-10-21 點擊數(shù)：1358
對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，接下來小編給大家說說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動態(tài)學(xué)習(xí)
第二種是通過靜態(tài)路由： 對終端PC機配置靜態(tài)路由。
這兩種路由各有各的優(yōu)缺點：
第一種路由可以自動尋找最優(yōu)路徑，鄰居路由也可以通過學(xué)習(xí)來獲得路由表，但是動態(tài)路由占用線路帶寬和CPU處理時間。
第二種路由是不需要CPU處理時間同樣也不占用線路帶寬，但是這個路由需要對終端的PC機進行配置網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)，工作量是比較大的。
對于以上的兩種路由在現(xiàn)在來說都是廣泛應(yīng)用的。
我們現(xiàn)在只來分析靜態(tài)路由的缺點，因為VRRP技術(shù)就是使用在靜態(tài)路由上，而不是動態(tài)路由上。
對于靜態(tài)路由來說，對終端PC機配置默認網(wǎng)關(guān)。如果作為默認網(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Ａ—Ｄ都配置了一個默認的網(wǎng)關(guān)：１0.1.1.1，網(wǎng)關(guān)路由的下一跳指向主機所在網(wǎng)段內(nèi)的一個路由器RouterA，RouterA將報文發(fā)送到外網(wǎng)，但是如果現(xiàn)在RouterA壞掉了，那么所有的主機將無法與其他網(wǎng)段進行通信了。
為了解決以上的問題，我們可以加一個路由器RouterB，如下圖所示：
虛擬路由器冗余協(xié)議VRRP原理詳解！
當RouterA壞掉時，所有的PC機將網(wǎng)關(guān)切換到RouterB上的網(wǎng)關(guān)。這樣就實現(xiàn)了路由器的備份。這個技術(shù)就是VRRP技術(shù)---虛擬路由器冗余協(xié)議
二、VRRP簡介（轉(zhuǎn)發(fā)機制）
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，形成一臺虛擬路由器，由VRRP的選舉機制決定哪臺路由器承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，局域網(wǎng)內(nèi)的主機只需將虛擬路由器配置為缺省網(wǎng)關(guān)2. VRRP是一種容錯協(xié)議，在提高可靠性的同時，簡化了主機的配置。在具有多播或廣播能力的局域網(wǎng)（如以太網(wǎng)）中，借助VRRP 能在某臺設(shè)備出現(xiàn)故障時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，而無需修改動態(tài)路由協(xié)議、路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議等配置信息。
3. VRRP協(xié)議的實現(xiàn)有VRRPv2和VRRPv3兩個版本，VRRPv2于IPv4，VRRPv3基于IPv6。
4. VRRP路由器： 所有運行VRRP協(xié)議的路由器就叫做VRRP路由器。
5. VRRP備份組：多臺路由器被分到一個組中，在這個組中選舉出一臺主路由器，其他作為備份路由器。平常時候都是主路由器一個工作，備份路由器空閑，當主路由器故障后，從多臺備份路由器中選舉出一臺替代故障的主路由器工作。這一組中的路由器構(gòu)成了一個備份組。
如下圖所示： 有兩個路由器，兩個網(wǎng)關(guān)，從兩個路由器中選舉出一個路由器作為主路由器，其他的都是備份路由器，主路由器負責(zé)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報，而備份路由器處于空閑狀態(tài)，當主路由器出現(xiàn)故障后，備份路由器會成為主路由器，代替主路由器實現(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 一樣，你可以理解為 在一個組中：主路由器+所有備份路由器=虛擬路由器。
虛擬路由器有一個虛擬的IP地址和MAC地址。如果虛擬IP和備份組中的某臺路由器的IP相同的話，那么這臺路由器稱為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VRRP備份組，RA為主路由器，RB和RC為備份路由器，這三臺路由器從外界來看就像一臺一樣，這樣構(gòu)成一個虛擬路由器Router Group，虛擬路由器有一個虛擬的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，范圍是0~255.
上圖中，三臺路由器在一個組中，這個組可以起一個0~255之間的編號。
注意：
1.虛擬路由器具有IP地址。局域網(wǎng)內(nèi)的主機僅需要知道這個虛擬路由器的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 VRRP 備份組中，只允許配置一個IP 地址擁有者
三、VRRP狀態(tài)
VRRP路由器在運行過程中有三種狀態(tài)：1. Initialize狀態(tài)：系統(tǒng)啟動后就進入Initialize，此狀態(tài)下路由器不對VRRP報文做任何處理，可以理解為初始化。
2. Master狀態(tài)：路由器會發(fā)送VRRP通告，發(fā)送免費ARP報文。
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選舉機制
VRRP使用選舉機制來確定路由器的狀態(tài)，運行VRRP的一組路由器對外構(gòu)成了一個虛擬路由器，其中一臺路由器處于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)先級選舉：
1.VRRP組中IP擁有者。如果虛擬IP地址與VRRP組中的某臺VRRP路由器IP地址相同，則此路由器為IP地址擁有者，這臺路由器將被定位主路由器。
2.比較優(yōu)先級。如果沒有IP地址擁有者，則比較路由器的優(yōu)先級，優(yōu)先級的范圍是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，很明顯RB和RA的優(yōu)先級要大于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定時器
① VRRP通告報文時間間隔定時器
1）VRRP備份組中的Master路由器會定時發(fā)送VRRP通告報文，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定時器來調(diào)整Master路由器發(fā)送VRRP 通告報文的時間間隔。
3）如果Backup路由器在等待了3個間隔時間后，依然沒有收到VRRP 通告報文，則認為自己是Master路由器，并對外發(fā)送VRRP通告報文，重新進行Master路由器的選舉。
② VRRP搶占延遲時間定時器
1） 為了避免備份組內(nèi)的成員頻繁進行主備狀態(tài)轉(zhuǎn)換，讓Backup路由器有足夠的時間搜集必要的信息（如路由信息），Backup 路由器接收到優(yōu)先級低于本地優(yōu) 先級的通告報文后，不會立即搶占成為Master
2）而是等待一定時間——搶占延遲時間后，才會對外發(fā)送VRRP通告報文取代原 來的Master路由器。
六、VRRP報文格式
VRRP只使用VRRP通告報文。
VRRP通告報文使用Ip組播數(shù)據(jù)包進行封裝，組播地址為223.0.0.18，IANA給其分配的協(xié)議號為112。
VRRP通告報文的TTL值必須是255，如果VRRP路由器接受到TTL值不為255的VRRP通告報文，必須丟棄。
VRRP組中的主路由器會定期發(fā)送通告報文，備份路由器接受，他們通過這種方式來交流選舉
七、VRRP工作過程總結(jié)：
1. 路由器使能VRRP 功能后，會根據(jù)優(yōu)先級確定自己在備份組中的角色。優(yōu)先級高的路由器成為Master 路由器，優(yōu)先級低的成為Backup 路由器。Master 路由器定期發(fā)送VRRP通告報文，通知備份組內(nèi)的其他設(shè)備自己工作正常；Backup 路由器則啟動定時器等待通告報文的到來。
2. 在搶占方式下，當Backup 路由器收到VRRP 通告報文后，會將自己的優(yōu)先級與通告報 文中的優(yōu)先級進行比較。如果大于通告報文中的優(yōu)先級，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)先級也不會成為Master 路由器
4. 如果Backup 路由器的定時器超時后仍未收到Master 路由器發(fā)送來的VRRP 通告報文，則認為Master 路由器已經(jīng)無法正常工作，此時Backup 路由器會認為自己是Master 路由器，并對外發(fā)送VRRP 通告報文。備份組內(nèi)的路由器根據(jù)優(yōu)先級選舉出Master 路由 器，承擔(dān)報文的轉(zhuǎn)發(fā)功能。
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