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VRRP虚拟路由器冗余协议详解(实验+原理)

VRRP 虚拟路由器冗余协议 ? 周晓彬 【实验环境】 GNS3+Cisco 3640+VPCS; 【实验原理】 VRRP 是一种容错协议,它保证当主机的下一跳路由器出现故障时,由另一台路由器来代替出现故障 的路由器进行工作,从而保持网络通信的连续性和可靠性。 虚拟路由器:由一个 Master 路由器和多个 Backup 路由器组成。主机将虚拟路由器当作默认网关。 VRID:虚拟路由器的标识。有相同 VRID 的一组路由器构成一个虚拟路由器。 Master 路由器:虚拟路由器中承担报文转发任务的路由器。 Backup 路由器:Master 路由器出现故障时,能够代替 Master 路由器工作的路由器。 虚拟 IP 地址:虚拟路由器的 IP 地址。一个虚拟路由器可以拥有一个或多个 IP 地址。 IP 地址拥有者:接口 IP 地址与虚拟 IP 地址相同的路由器被称为 IP 地址拥有者。 虚拟 MAC 地址:一个虚拟路由器拥有一个虚拟 MAC 地址。虚拟 MAC 地址的格式为 00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情况下,虚拟路由器回应 ARP 请求使用的是虚拟 MAC 地址,只有 虚拟路由器做特殊配置的时候,才回应接口的真实 MAC 地址。 优先级:VRRP 根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的地位。 非抢占方式: 如果 Backup 路由器工作在非抢占方式下, 则只要 Master 路由器没有出现故障, 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。 抢占方式:如果 Backup 路由器工作在抢占方式下,当它收到 VRRP 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。如果自己的优先级比当前的 Master 路由器的优先级高,就会主动抢占 成为 Master 路由器;否则,将保持 Backup 状态。 虚拟路由器:VRRP 将局域网内的一组路由器划分在一起,形成一个 VRRP 备份组,它在功能上 相当于一台虚拟路由器, 使用虚拟路由器号进行标识。 以下使用虚拟路由器代替 VRRP 备份组进行描 述。虚拟路由器有自己的虚拟 IP 地址和虚拟 MAC 地址,它的外在表现形式和实际的物理路由器完 全一样。局域网内的主机将虚拟路由器的 IP 地址设置为默认网关,通过虚拟路由器与外部网络进行 通信。 虚拟路由器是工作在实际的物理路由器之上的。 它由多个实际的路由器组成, 包括一个 Master 路由器和多个 Backup 路由器。Master 路由器正常工作时,局域网内的主机通过 Master 与外界通 信。当 Master 路由器出现故障时,Backup 路由器中的一台设备将成为新的 Master 路由器,接替 转发报文的工作, 【工作过程】 VRRP 的工作过程为: (1) 虚拟路由器中的路由器根据优先级选举出 Master。Master 路由器通过发送免费 ARP 报文,将 自己的虚拟 MAC 地址通知给与它连接的设备或者主机,从而承担报文转发任务; (2) Master 路由器周期性发送 VRRP 报文,以公布其配置信息(优先级等)和工作状况; (3) 如果 Master 路由器出现故障,虚拟路由器中的 Backup 路由器将根据优先级重新选举新的 Master; (4) 虚拟路由器状态切换时,Master 路由器由一台设备切换为另外一台设备,新的 Master 路由器 只是简单地发送一个携带虚拟路由器的 MAC 地址和虚拟 IP 地址信息的免费 ARP 报文,这样就可 以更新与它连接的主机或设备中的 ARP 相关信息。网络中的主机感知不到 Master 路由器已经切换 为另外一台设备。 (5) Backup 路由器的优先级高于 Master 路由器时,由 Backup 路由器的工作方式(抢占方式和非 抢占方式)决定是否重新选举 Master。 由此可见,为了保证 Master 路由器和 Backup 路由器能够协调工作,VRRP 需要实 现以下功能: ? Master 路由器的选举; ? Master 路由器状态的通告; ? 同时,为了提高安全性,VRRP 还提供了认证功能; Master 路由器的选举 VRRP 根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的角色(Master 路由器或 Backup 路由器)。优 先级越高,则越有可能成为 Master 路由器。 初始创建的路由器工作在 Backup 状态, 通过 VRRP 报文的交互获知虚拟路由器中其他成员的优先级: ? 如果 VRRP 报文中 Master 路由器的优先级高于自己的优先级, 则路由器保持在 Backup 状态; ? 如果 VRRP 报文中 Master 路由器的优先级低于自己的优先级,采用抢占工作方式的路由器将 抢占成为 Master 状态, 周期性地发送 VRRP 报文, 采用非抢占工作方式的路由器仍保持 Backup 状态; ? 如果在一定时间内没有收到 VRRP 报文,则路由器切换为 Master 状态。 VRRP 优先级的取值范围为 0 到 255(数值越大表明优先级越高),可配置的范围是 1 到 254,优先 级 0 为系统保留给路由器放弃 Master 位置时候使用,255 则是系统保留给 IP 地址拥有者使用。当 路由器为 IP 地址拥有者时,其优先级始终为 255。因此,当虚拟路由器内存在 IP 地址拥有者时,只 要其工作正常,则为 Master 路由器。 Master 路由器状态的通告 Master 路由器周期性地发送 VRRP 报文, 在虚拟路由器中公布其配置信息 (优先级等) 和工作状况。 Backup 路由器通过接收到 VRRP 报文的情况来判断 Master 路由器是否工作正常。 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, 致使 Backup 路由器快速切换变成

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