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网关冗余VRRP

更新时间:2021年03月08日   作者:spoto   标签(Tag):

VRRP简介

随着网络的快速普及和相关应用的日益深入,各种增值业务(如IPTV、视频会议等)已经开始广泛部署,基础网络的可靠性日益成为用户关注的焦点,能够保证网络传输不中断对于终端用户非常重要。

网关冗余VRRP

通常,同一网段内的所有主机上都设置一条相同的、以网关为下一跳的缺省路由。主机发往其他网段的报文将通过缺省路由发往网关,再由网关进行转发,从而实现主机与外部网络的通信。当网关发生故障时,本网段内所有以网关为缺省路由的主机将无法与外部网络通信。增加出口网关是提高系统可靠性的常见方法,此时如何在多个出口之间进行选路就成为需要解决的问题.

VRRP的出现很好的解决了这个问题。VRRP能够在不改变组网的情况下,采用将多台路由设备组成一个虚拟路由器,通过配置虚拟路由器的IP地址为默认网关,实现默认网关的备份。当网关设备发生故障时,VRRP机制能够选举新的网关设备承担数据流量,从而保障网络的可靠通信。

在具有多播或广播能力的局域网(如以太网)中,借助VRRP能在网关设备出现故障时仍然提供高可靠的缺省链路,无需修改主机及网关设备的配置信息便可有效避免单一链路发生故障后的网络中断问题。

VRRP原理描述

VRRP协议的基本概念

如图所示,HostA通过Switch双归属到RouterA和RouterB。在RouterA和RouterB上配置VRRP备份组,对外体现为一台虚拟路由器,实现链路冗余备份。

VRRP原理描述

用户可以在如图所示的网络中部署VRRP协议,下面结合该图介绍VRRP协议的基本概念:

•VRRP路由器(VRRP Router)

运行VRRP协议的设备,它可能属于一个或多个虚拟路由器,如RouterA和RouterB。

•虚拟路由器(Virtual Router)

又称VRRP备份组,由一个Master设备和多个Backup设备组成,被当作一个共享局域网内主机的缺省网关。如RouterA和RouterB共同组成了一个虚拟路由器。

•Master路由器(Virtual Router Master)

承担转发报文任务的VRRP设备,如RouterA。

•Backup路由器(Virtual Router Backup)

一组没有承担转发任务的VRRP设备,当Master设备出现故障时,它们将通过竞选成为新的Master设备,如RouterB。

•VRID

VRID虚拟路由器的标识,如RouterA和RouterB组成的虚拟路由器的VRID为1。

•虚拟IP地址(Virtual IP Address)

虚拟路由器的IP地址,一个虚拟路由器可以有一个或多个IP地址,由用户配置。如RouterA和RouterB组成的虚拟路由器的虚拟IP地址为10.1.1.10/24。

•IP地址拥有者(IP Address Owner)

如果一个VRRP设备将虚拟路由器IP地址作为真实的接口地址,则该设备被称为IP地址拥有者。如果IP地址拥有者是可用的,通常它将成为Master。如RouterA,其接口的IP地址与虚拟路由器的IP地址相同,均为10.1.1.10/24,因此它是这个VRRP备份组的IP地址拥有者。

•虚拟MAC地址(Virtual MAC Address)

虚拟路由器根据虚拟路由器ID生成的MAC地址。一个虚拟路由器拥有一个虚拟MAC地址,格式为:00-00-5E-00-01-{VRID}(VRRP for IPv4);00-00-5E-00-02-{VRID}(VRRP for IPv6)。当虚拟路由器回应ARP请求时,使用虚拟MAC地址,而不是接口的真实MAC地址。如RouterA和RouterB组成的虚拟路由器的VRID为1,因此这个VRRP备份组的MAC地址为00-00-5E-00-01-01。

工作原理

1.VRRP备份组中的设备根据优先级选举出Master。Master设备通过发送免费ARP报文,将虚拟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设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文,以公布其配置信息(优先级等)和工作状况。
3.如果Master设备出现故障,VRRP备份组中的Backup设备将根据优先级重新选举新的Master。
4.VRRP备份组状态切换时,Master设备由一台设备切换为另外一台设备,新的Master设备会立即发送携带虚拟路由器的虚拟MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文,刷新与它连接的主机或设备中的MAC表项,从而把用户流量引到新的Master设备上来,整个过程对用户完全透明。
5.原Master设备故障恢复时,若该设备为IP地址拥有者(优先级为255),将直接切换至Master状态。若该设备优先级小于255,将首先切换至Backup状态,且其优先级恢复为故障前配置的优先级。
6.Backup设备的优先级高于Master设备时,由Backup设备的工作方式(抢占方式和非抢占方式)决定是否重新选举Master。
•抢占模式:在抢占模式下,如果Backup设备的优先级比当前Master设备的优先级高,则主动将自己切换成Master。
•非抢占模式:在非抢占模式下,只要Master设备没有出现故障,Backup设备即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master设备。

主备备份

主备备份是VRRP提供备份功能的基本方式,如图所示。该方式需要建立一个虚拟路由器,该虚拟路由器包括一个Master设备和若干Backup设备。

主备备份

正常情况下,RouterA为Master设备并承担业务转发任务,RouterB和RouterC为Backup设备且不承担业务转发。RouterA定期发送VRRP通告报文通知RouterB和RouterC自己工作正常。如果RouterA发生故障,RouterB和RouterC会根据优先级选举新的Master设备,继续为主机转发数据,实现网关备份的功能。
RouterA故障恢复后,在抢占方式下,将重新选举成为Master;在非抢占方式下,将保持在Backup状态。

负载分担

负载分担是指多个VRRP备份组同时承担业务,如图所示。VRRP负载分担与VRRP主备备份的基本原理和报文协商过程都是相同的。同样对于每一个VRRP备份组,都包含一个Master设备和若干Backup设备。与主备备份方式不同点在于:负载分担方式需要建立多个VRRP备份组,各备份组的Master设备可以不同;同一台VRRP设备可以加入多个备份组,在不同的备份组中具有不同的优先级。
通过创建多个带虚拟IP地址的VRRP备份组,为不同的用户指定不同的VRRP备份组作为网关,实现负载分担。

负载分担

配置两个VRRP备份组。
•VRRP备份组1:RouterA为Master设备,RouterB为Backup设备。
•VRRP备份组2:RouterB为Master设备,RouterA为Backup设备。
一部分用户将VRRP备份组1作为网关,另一部分用户将VRRP备份组2作为网关。这样既可实现对业务流量的负载分担,同时,也起到了相互备份的作用。

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