VRRP技術講解與實戰演練

VRRP誕生的背景介紹

 當網關路由器RouterA出現故障時，本網段內以該設備爲網關的主機都不能與Internet進行通信
 多網關可能會出現一些問題：網關間IP地址衝突；主機會頻繁切換網絡出口

VRRP的工作原理

 VRRP能夠在不改變組網的情況下，將多臺路由器虛擬成一個虛擬路由器，通過配置虛擬路由器的IP地址爲默認網關，實現網關的備份
 協議版本：VRRPv2（常用）和VRRPv3 VRRPv2僅適用於IPv4網絡，VRRPv3適用於IPv4和IPv6兩種網絡。
 VRRP協議報文：只有一種報文：Advertisement報文 其目的IP地址是224.0.0.18，目的MAC地址是00-00-5e-00-01-XX，協議號是112,VRRP是網絡層協議

VRRP基本概念

 虛擬路由器（Virtual Router）：由一個Master設備和多個Backup設備組成，被當作一個共享局域網內主機的缺省網關。如RouterA和RouterB共同組成了一個虛擬路由器。
 Master路由器（Virtual Router Master）：承擔轉發報文任務的VRRP設備，如RouterA。
 Backup路由器（Virtual Router Backup）：一組沒有承擔轉發任務的VRRP設備，當Master設備出現故障時，它們將通過競選成爲新的Master設備，如RouterB。
 Priority：設備在備份組中的優先級，取值範圍是0~255。
0表示設備停止參與VRRP備份組，用來使備份設備儘快成爲Master設備，而不必等到計時器超時；255則保留給IP地址擁有者，無法手工配置；設備缺省優先級值是100。
 vrid：虛擬路由器的標識，如圖中RouterA和RouterB組成的虛擬路由器的vrid爲1，需手工指定，範圍1-255。
 虛擬IP地址(Virtual IP Address)：虛擬路由器的IP地址，一個虛擬路由器可以有一個或多個IP地址，由用戶配置。如RouterA和RouterB組成的虛擬路由器的虛擬IP地址爲10.1.1.254/24。
 IP地址擁有者（IP Address Owner）：如果一個VRRP設備將真實的接口IP地址配置爲虛擬路由器IP地址，則該設備被稱爲IP地址擁有者。如果IP地址擁有者是可用的，則它將一直成爲Master。
 虛擬MAC地址（Virtual MAC Address）：虛擬路由器根據vrid生成的MAC地址。一個虛擬路由器擁有一個虛擬MAC地址，格式爲：00-00-5E-00-01-{vrid} 。當虛擬路由器迴應ARP請求時，使用虛擬MAC地址，而不是接口的真實MAC地址。如RouterA和RouterB組成的虛擬路由器的vrid爲1，因此這個VRRP備份組的MAC地址爲00-00-5E-00-01-01。
 VRRP協議狀態機有三種狀態：Initialize（初始狀態）、Master（活動狀態）、Backup（備狀態）

VRRP主備備份工作過程

第一步：選舉出Master

 VRRP備份組中的設備根據優先級選舉出Master。Master設備通過發送免費ARP報文，將虛擬MAC地址通知給與它連接的設備或者主機，從而承擔報文轉發任務。
 選舉規則：比較優先級的大小，優先級高者當選爲Master設備。當兩臺設備優先級相同時，如果已經存在Master，則其保持Master身份，無需繼續選舉；如果不存在Master，則繼續比較接口IP地址大小，接口IP地址較大的設備當選爲Master設備。

第二步：Master設備狀態的通告（VRRP備份組狀態維持）

 Master設備週期性地發送VRRP通告報文，在VRRP備份組中公佈其配置信息（優先級等）和工作狀況。Backup設備通過接收到的VRRP報文來判斷Master設備是否工作正常。
 當Master設備主動放棄Master地位（如Master設備退出備份組）時，會發送優先級爲0的通告報文，用來使Backup設備快速切換成Master設備，而不用等到Master_Down_Interval（默認爲3s）定時器超時。這個切換的時間稱爲Skew_Time（幾乎可以堪稱0s），計算方式爲：（256－Backup設備的優先級）/256，單位爲秒。
 當Master設備發生網絡故障而不能發送通告報文的時候，Backup設備並不能立即知道其工作狀況。等到Master_Down_Interval定時器超時後，纔會認爲Master設備無法正常工作，從而將狀態切換爲Master。其中，Master_Down_Interval定時器取值爲：3×Advertisement_Interval＋Skew_Time，單位爲秒。其中Advertisement_Interval默認情況下爲1S

VRRP主備切換過程

如果Master發生故障，則主備切換的過程

 當組內的備份設備一段時間（Master_Down_Interval定時器取值爲：3×Advertisement_Interval＋Skew_Time，單位爲秒）內沒有接收到來自Master設備的報文，則將自己轉爲Master設備。
 一個VRRP組裏有多臺備份設備時，短時間內可能產生多個Master設備，此時，設備將會對收到的VRRP報文中的優先級與本地優先級做比較，從而選取優先級高的設備成爲Master。
 設備的狀態變爲Master之後，會立刻發送免費ARP來刷新交換機上的MAC表項，從而把用戶的流量引到此設備上來，整個過程對用戶完全透明。

如果原Master故障恢復，則主備回切的過程：

搶佔模式（Preemption Mode）：缺省爲搶佔模式
 控制具有更高優先級的備用路由器是否能夠搶佔具有較低優先級的Master路由器，使自己成爲Master。
注意：存在的例外情況是如果IP地址擁有者是可用的，則它總是處於搶佔的狀態，併成爲Master設備。
搶佔延時（Delay Time）：搶佔延遲時間，默認爲0，即立即搶佔。
 圖中RouterA故障恢復後，立即搶佔可能會導致流量中斷，因爲RouterA的上行鏈路的路由協議可能未完成收斂，這種情況則需要配置Master設備的搶佔延時。
 另外，在性能不穩定的網絡中，網絡堵塞可能導致Backup設備在Master_Down_Interval期間沒有收到Master設備的報文，Backup設備則會主動切換爲Master。如果此時原Master設備的報文又到達了，新Master設備將再次切換回Backup，如此則會出現VRRP備份組成員狀態頻繁切換的現象。爲了緩解這種現象，可以配置搶佔延時，使得Backup設備在等待了Master_Down_Interval時間後，再等待搶佔延遲時間。如在此期間仍沒有收到通告報文，Backup設備纔會切換爲Master設備。

VRRP故障場景

 解決的問題：VRRP無法感知非運行VRRP接口的狀態變化，故當上行鏈路出現故障時，VRRP無法進行感知，不會進行主備切換，從而導致業務中斷。
 解決方案：利用VRRP的聯動功能監視上行接口或鏈路故障，主動進行主備切換。

VRRP負載分擔工作過程

 負載分擔是指多個VRRP備份組同時承擔業務轉發，VRRP負載分擔與VRRP主備備份的基本原理和報文協商過程都是相同的。對於每一個VRRP備份組，都包含一個Master設備和若干Backup設備。
 與主備備份方式的不同點在於：負載分擔方式需要建立多個VRRP備份組，各備份組的Master設備分擔在不同設備上；單臺設備可以加入多個備份組，在不同的備份組中扮演不同的角色。

VRRP的基本配置

主備備份方式的配置文件
RA的配置文件

#
 sysname RA
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 13.1.1.1 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.0.0.1 255.255.255.0 
 vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.10
 vrrp vrid 1 priority 120
 vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20
 vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/0 reduced 30
#

RB的配置文件

#
 sysname RB
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.0.0.2 255.255.255.0 
 vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.10
#

RC的配置文件

#
 sysname RC
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 13.1.1.3 255.255.255.0 
#

檢查：
在RA上查看檢查的狀態

[RA]display vrrp
  GigabitEthernet0/0/1 | Virtual Router 1
    State : Master
    Virtual IP : 10.0.0.10
    Master IP : 10.0.0.1
    PriorityRun : 120
    PriorityConfig : 120
    MasterPriority : 120
    Preempt : YES   Delay Time : 20 s
    TimerRun : 1 s
    TimerConfig : 1 s
    Auth type : NONE
    Virtual MAC : 0000-5e00-0101
    Check TTL : YES
    Config type : normal-vrrp
    Backup-forward : disabled
    Track IF : GigabitEthernet0/0/0   Priority reduced : 30
    IF state : UP
    Create time : 2019-09-28 09:06:52 UTC-08:00
    Last change time : 2019-09-28 09:10:00 UTC-08:00

[RA]
在RB上面查看VRRP的狀態

[RB]display vrrp
  GigabitEthernet0/0/1 | Virtual Router 1
    State : Backup
    Virtual IP : 10.0.0.10
    Master IP : 10.0.0.1
    PriorityRun : 100
    PriorityConfig : 100
    MasterPriority : 120
    Preempt : YES   Delay Time : 0 s
    TimerRun : 1 s
    TimerConfig : 1 s
    Auth type : NONE
    Virtual MAC : 0000-5e00-0101
    Check TTL : YES
    Config type : normal-vrrp
    Backup-forward : disabled
    Create time : 2019-09-28 09:08:27 UTC-08:00
    Last change time : 2019-09-28 09:10:02 UTC-08:00

[RB]

總結VRRP master和backup的配置

Master設備配置：

vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.10   //配置vrid1中的虛擬IP地址。
vrrp vrid 1 priority 120  //配置在vrid1中的優先級爲120，其他設備優先級未手動指定，缺省爲100，則本設備爲Master。
vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20  //配置Master設備的搶佔時延爲20秒。
vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/0 reduce 30  //跟蹤上行接口G0/0/0的狀態，如果端口出現故障，則Master設備VRRP優先級降低30。

Backup設備配置：

vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.10  //配置vrid1中的虛擬IP地址。