网络基础16--VRRP技术
一、VRRP核心概念
定义
虚拟路由器冗余协议（VRRP，Virtual Router Redundancy Protocol），可以将多个路由器加入到备份组中，形成一台虚拟路由器，承担网关功能。
RFC 3768标准定义的VRRP是一种容错协议，在提高可靠性的同时，简化了主机的配置。
二、 VRRP的作用
- VRRP将可以将多个路由器加入到备份组中，形成一台虚拟路由器，承担网关功能
- 只要备份组中仍有一台路由正常工作，虚拟路由器就仍然正常工作
- VRRP将多台路由器同时承担业务，形成多台虚拟路由器，分担内网与外网之间的流量
三、VRRP工作原理
1. VRRP的相关概念
2. 优先级机制
范围 0-255（默认100），优先级高者成为Master。
特殊值255：分配给IP地址拥有者（接口IP=虚拟IP的路由器），直接成为Master。
优先级相同时，接口IP大者胜出。
3. VRRP协议报文格式
• VRRP协议报文是Master路由器以组播的方式，定时发送的VRRP报文。
• VRRP协议报文使用固定的组播地址224.0.0.18进行发送。
• 虚拟路由器由LAN上唯一的Virtual Router ID标识。并具有虚MAC地址：00-00-5E-00-01-{vrid}。
4.VRRP工作过程
VRRP组播报文通告：
• 优先级高的选举为主路由器，优先级相同时接口IP大的为主路由器。
• 主路由器激活虚拟IP地址，转发数据报文，并定期向广播域内发送VRRP组播报文通告自己的状态，定期通告时间（AdvertisementInterval）默认为1秒。
• 备份路由器不发送但接收VRRP报文，在MASTER_DOWN_TIMER（一般为3个通告周期）内没有收到主路由器的VRRP报文，则备份路由器将成为主路由器。
5. VRRP协议状态机
VRRP路由器在备份组内除Master和Backup状态外，还可能处于Initialize状态。
6. VRRP选举之后
| 模式 | 特点 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 主备备份 | 仅Master转发流量，Backup待命 | 高可靠性要求场景 |
| 负载分担 | 多VRRP组共存，不同Master承担不同流量（如VRID 1和VRID 2分别服务VLAN 1/2） | 带宽优化，避免单点性能瓶颈 |
7.VRRP跟踪接口功能
当Master路由器连接上行链路的接口处于Down状态时，路由器主动降低自己的优先级，使得备份组内重新选择Master，承担转发任务。
8.VRRP抢占
当路由器使能VRRP功能后，会根据优先级确定自己在备份组中的角色。当优先级变化后，根据VRRP模式确认VRRP状态。
9.刷新MAC表
VRRP协议报文
• 当设备成为VRRP主路由器时，立即发送应答型的无故ARP，用于刷新交换机MAC表。
• 该功能是否默认开启，因厂家、设备、版本不同而不同；当版本采用接口MAC作为源MAC发送VRRP报文时，如果未开启无故ARP，将出现二层网络连通性问题。
四、关键技术机制
状态机
Initialize → Backup → Master
触发条件：
Master故障（超时未收到通告）
优先级变化（抢占模式开启时）
抢占模式
默认开启：优先级更高的Backup主动接管Master角色。
关闭时：即使优先级更高，也需等待当前Master故障。
接口跟踪（Tracking）
监视上行链路状态（如Internet接口）。
接口故障时，Master自动降低优先级（如减少30），触发Backup接管。
无故ARP（Gratuitous ARP）
新Master产生时广播ARP，刷新交换机MAC表，避免二层转发问题。
五、VRRP报文与协议细节
报文格式：
版本（Ver）、类型（Type）、VRID、优先级（Priority）、通告间隔（Adver Int）等字段。
发送规则：
Master以组播地址224.0.0.18发送通告，默认间隔1秒。
Backup不发送报文，仅监听。
六、VRRP+MSTP综合部署案例
场景需求
网关冗余：VLAN 1主网关SW-1（备SW-2），VLAN 2主网关SW-2（备SW-1）。
链路冗余：MSTP避免环路，实现多实例负载均衡。
关键配置
MSTP配置（SW-1/SW-2）
spanning-tree mst configuration instance 1 vlan 1 # VLAN 1映射到实例1 instance 2 vlan 2 # VLAN 2映射到实例2 spanning-tree mst 1 priority 4096 # SW-1为VLAN 1主根，这时需要将2设为8192 spanning-tree mst 2 priority 4096 # SW-2为VLAN 2主根，这时需要将1设为8192
VRRP配置（SW-1）
interface VLAN 1 ip address 192.168.1.253 255.255.255.0 vrrp 1 priority 105 # 更高优先级确保Master角色 vrrp 1 ip 192.168.1.254 # 虚拟网关IP vrrp 1 track GigabitEthernet 0/46 # 跟踪上行接口
VRRP状态验证
SW-1# show vrrp brief VLAN 1 1 105 Master 192.168.1.253 192.168.1.254 # VLAN 1主网关 VLAN 2 2 100 Backup 192.168.2.252 192.168.2.254 # VLAN 2备网关
设计优势
流量优化：VLAN 1流量走SW-1，VLAN 2流量走SW-2，避免链路拥塞。
故障切换：
若SW-1上行接口故障，优先级降为75，SW-2（优先级100）接管VLAN 1流量。
MSTP同步调整路径，确保拓扑无环。
七、总结
VRRP核心价值：提供网关冗余，保障业务连续性。
最佳实践：
结合MSTP实现链路与网关双重冗余。
启用接口跟踪和抢占功能提升故障响应速度。
多VRRP组设计实现负载分担，优化资源利用率。
注意事项：
确保物理链路与VRRP状态同步（如MSTP根桥与VRRP Master一致）。
生产环境开启无故ARP避免二层转发问题。