VRRP（虚拟路由器冗余协议）标准协议工作机制与优势介绍

VRRP标准协议简介

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）用于解决网关单点故障问题。通过VRRP将用户网络的多台网关设备加入到一个备份组中，形成冗余备份。保证一台网关出现故障时，由其它网关来代替出现故障的设备进行工作，从而确保用户网络对外通信的连续性和可靠性。

设备支持两种VRRP工作模式：基于RFC实现的标准协议模式和私有的负载均衡模式。本文仅介绍标准协议模式。

VRRP标准协议基本概念

VRRP备份组：VRRP将局域网内多台可以担任网关功能的设备划分在一起，组成一个备份组，对外相当于一台虚拟路由器。

• Master设备：VRRP备份组中承担报文转发任务的设备。
• Backup设备：Master设备出现故障时，VRRP备份组中能够代替Master设备工作的设备。
• VRID：虚拟路由器的标识。
• 虚拟IP地址：VRRP备份组的IP地址，需要管理员手工指定。用户主机以此作为网关的IP地址。
• 虚拟MAC地址：VRRP备份组的虚拟MAC地址，虚拟MAC地址为系统自动生成：
• IPv4 VRRP的地址形式为00-00-5E-00-01-VRID；
• IPv6 VRRP的地址形式为00-00-5E-00-02-VRID 。

用户主机以此作为网关的MAC地址。

VRRP标准协议工作机制

主备选举

①VRRP备份组中的设备通过交互VRRP报文获知备份组中所有成员的优先级，并根据优先级进行选举。优先级最高的设备作为Master设备，其它设备作为Backup设备。

②Master设备通过发送免费ARP报文，将VRRP备份组的虚拟IP地址和虚拟MAC地址通知给与它连接的设备和主机，并承担报文转发任务。

③Master设备周期性地向Backup设备发送VRRP报文，以通告其配置信息（优先级等）和工作状况。

主备倒换

VRRP主备倒换是指Master设备故障或Backup设备优先级增加时，备份组中的某个Backup设备倒换为新的Master设备。VRRP在不同工作模式下（非抢占模式和抢占模式），主备倒换触发因素和倒换机制有所不同。

非抢占模式

该模式只在Master设备出现故障时进行主备倒换，主备倒换机制如下：

①Master设备出现故障。

②Backup设备长时间未收到Master设备的VRRP报文，将角色倒换为Master设备。

③新的Master设备发送携带虚拟MAC地址和虚拟IP地址的免费ARP报文，通知连接它的主机和设备更新虚拟路由器的ARP表项的出接口信息。新的Master设备开始承担报文转发任务。

只要Master设备未出现故障，即使Backup设备被配置了更高的优先级，也不会成为Master设备，从而避免频繁地倒换Master设备，以确保流量不会出现闪断。

抢占模式

该模式下，若Master设备故障，主备倒换机制与非抢占模式的机制相同。当Master设备状态正常时，若backup设备的优先级增加，则主备倒换机制如下：

①Backup设备收到VRRP报文后，将自己的优先级和报文中的Master设备的优先级进行比较，如果发现自己的优先级高于Master设备的优先级，则将角色倒换为Master设备。

②新的Master设备发送携带虚拟MAC地址和虚拟IP地址的免费ARP报文，通知连接它的主机和设备更新虚拟路由器的ARP表项的出接口信息。新的Master设备开始承担报文转发任务。

该模式下的主备倒换时机可人为控制，例如用户可以将某台性能最优设备的优先级调整为最高，保证该设备可以作为Master设备。

VRRP标准协议技术优势

• 简化网络管理：只需要在多台网关设备上配置VRRP，无需修改动态路由等协议的配置，也无需修改主机的默认网关配置，即可有效避免网关单点故障后的网络中断问题。
• 适应性强：VRRP报文封装在IP报文中，支持各种上层协议。
• 网络开销小：VRRP标准协议模式只定义了一种协议报文——VRRP通告报文，并且只有处于Master状态的设备可以发送VRRP通告报文。

VRRP典型组网

单备份组主备备份

一组互为备份的设备组成一个备份组，Device A作为Master设备承担转发任务；Device B和Device C作为Backup设备，监听Master设备发送的VRRP报文。

如果Device A发生故障，则VRRP备份组内处于Backup状态的Device B和Device C将根据优先级选举出一个新的Master设备，新Master设备继续为网络内的主机转发数据。

该组网方式配置简单，但会浪费Backup设备的资源，适用于用户数规模较小的网络。

多备份组负载分担

一组互为备份的设备组成多个VRRP备份组，各设备分别作为一个备份组中的Master设备。

为了实现业务流量在Device A、Device B和Device C之间进行负载分担，需要将局域网内主机的默认网关分别设置为VRRP备份组1、2和3的虚拟IP地址。

为了保证不同的VRRP备份组使用不同的设备作为Master，需要按照下表的思路配置每台设备的优先级，确保每个备份组的Master设备都不同。

该模式可以充分利用每台设备的资源，但配置较复杂，适用于用户数规模较大的网络。