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VRRP技术

ds 2025/7/23 7:54:01

本课程围绕 VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）展开，旨在帮助学习者达成以下目标：掌握 VRRP 的基本概念和工作原理；掌握 VRRP 报文和状态机；掌握 VRRP 的配置。

VRRP 是一种容错协议，其核心功能是将多个路由器加入到一个备份组中，共同形成一台虚拟路由器，由这台虚拟路由器承担网关功能。这一机制在提高网络可靠性的同时，还简化了主机的配置（主机只需将虚拟路由器设置为网关即可，无需因实际路由器变化而调整）。

例如，在一个局域网中，有 RTA 和 RTB 两台路由器，它们可以组成一个 VRRP 备份组，形成一个虚拟 IP 为 10.1.1.254 的虚拟路由器，PCA、PCB 等主机的网关都设置为 10.1.1.254，无需关注 RTA 和 RTB 的具体 IP。

在传统的单一网关架构中，若网关路由器出现故障，内网设备将无法访问外网，存在严重的单点故障风险。而 VRRP 通过备份组机制解决这一问题：只要备份组中还有一台路由器正常工作，虚拟路由器就能继续提供服务。

VRRP 主要通过两种模式实现网络冗余和流量管理：

主备备份：将多个路由器组成备份组，其中一台作为主路由器（Master）承担数据转发，其他作为备份路由器（Backup）处于监听状态。当主路由器故障时，备份路由器会自动接替工作，确保虚拟路由器正常运行。例如，VRID 1 的备份组中，优先级 110 的路由器为主路由器，优先级 100 的为备份路由器，主机网关均设置为虚拟 IP 10.100.10.1，主路由器故障后，备份路由器立即接管。
负载分担：通过创建多个 VRRP 组（不同 VRID），让多台路由器在不同组中分别作为主路由器，同时承担业务，分担内网与外网之间的流量。例如，路由器 A 在 VRID 1 中为主路由器，在 VRID 2 中为备份路由器；路由器 B 则相反，这样 VLAN 1 的流量由 A 转发，VLAN 2 的流量由 B 转发，实现负载均衡。

VRRP 组（VRID）：由多个路由器组成的集合，同一组内的路由器通过交互报文协同工作，每个组有唯一的 VRID 标识。
虚拟路由器：备份组形成的逻辑路由器，拥有虚拟 IP 和虚拟 MAC，是主机的网关。例如，VRID 1 的虚拟 IP 可以是 10.100.10.1，主机的网关均设置为该 IP。
虚拟 IP：虚拟路由器的 IP 地址，是主机配置的网关地址。
虚拟 MAC：虚拟路由器的 MAC 地址，格式为 0000-5E00-01XX（XX 对应 VRID）。当主机发送虚拟 IP 的 ARP 请求时，虚拟路由器用虚拟 MAC 响应。比如 VRID 为 10 的虚拟 MAC 是 0000-5E00-0110。
主路由器（Master）：在 VRRP 组中实际转发数据包的路由器。它会激活虚拟 IP 和虚拟 MAC，并定期发送 VRRP 报文通告状态。
备份路由器（Backup）：处于监听状态的路由器，当主路由器故障时，会接替成为主路由器。
VRRP 优先级：用于选举主路由器的参数，8 位长度，默认值为 100，最高 255。优先级高的路由器当选为主路由器；优先级相同时，接口 IP 地址大的当选。同一 VRRP 组中只有一个主路由器和若干备份路由器。人为修改只能修改到254

例如，两台路由器在 VRID 10 中，A 的优先级是 120，B 的优先级是 100，则 A 为主路由器；若两者优先级都是 100，A 的接口 IP 是 10.10.10.2，B 是 10.10.10.3，则 B 为主路由器。

特殊优先级，当虚拟路由器IP地址设置为其中真实路由器的IP地址，那么这个路由器就叫IP地址拥有者，它的优先级就是255

VRRP 组中的路由器通过比较优先级确定角色：优先级高的成为主路由器；优先级相同则比较接口 IP，IP 大的为主路由器。

主路由器会定期向广播域内发送 VRRP 组播报文（组播地址 224.0.0.18），默认通告间隔为 1 秒，用于告知其他路由器自己的状态。备份路由器不发送报文，仅接收主路由器的报文。

若备份路由器在 “MASTER_DOWN_TIMER”（通常为 3 个通告周期，即 3 秒）内未收到主路由器的报文，会认为主路由器故障，自动切换为主路由器。

VRRP 路由器在备份组中可能处于以下状态：

状态转换规则：例如，非 IP 地址拥有者（优先级 < 255）若收到优先级高于本地的报文，会进入 Backup 状态；若主路由器故障（3 个周期未收到报文），Backup 会转为 Master 状态。

主路由器会激活虚拟 IP 和虚拟 MAC，当主机发送虚拟 IP 的 ARP 请求时，主路由器用虚拟 MAC 响应；备份路由器不参与 ARP 响应，也不接收目的 MAC 为虚拟 MAC 的报文。

包含版本、类型、虚拟路由器 ID（VRID）、优先级、IP 地址数量、认证类型、通告间隔、校验和、IP 地址列表等字段。

当主路由器连接上行链路的接口出现故障时，它会主动降低自己的优先级，使备份组重新选举主路由器。例如，主路由器原本优先级 110，上行接口 down 后优先级降低 30 变为 80，此时优先级 100 的备份路由器会成为新的主路由器。

抢占模式：当备份路由器发现自己的优先级高于当前主路由器时，会立即取代其成为主路由器。例如，主路由器优先级降至 80，备份路由器优先级 100，且抢占模式开启，则备份会抢占为主。
非抢占模式：即使备份路由器优先级更高，也不会取代当前主路由器，直到主路由器故障。

当设备成为主路由器时，会发送应答型的无故 ARP，用于刷新交换机的 MAC 表，避免二层网络连通性问题（该功能是否默认开启因设备而异）。

在三层交换机上部署 VRRP 实现网关备份及负载均衡，同时开启 MSTP（多生成树协议）避免环路，实现多实例负载均衡。

VRRP 配置：VLAN 1 的主网关是 SW-1（优先级 105），备份网关是 SW-2；VLAN 2 的主网关是 SW-2（优先级 105），备份网关是 SW-1，虚拟 IP 分别为 192.168.1.254 和 192.168.2.254。
MSTP 配置：实例 1 映射 VLAN 1，主根是 SW-1（优先级 4096），备根是 SW-2；实例 2 映射 VLAN 2，主根是 SW-2（优先级 4096），备根是 SW-1。