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1  VRRP概述

隨著Internet的發展，人們對網絡可靠性的要求越來越高。特別是對于終端用戶來說，能夠實時與網絡其他部分保持聯系是非常重要的。一般來說，主機通過設置默認網關來與外部網絡聯系，如圖1所示：

主機將發送給外部網絡的報文發送給網關，由網關傳遞給外部網絡，從而實現主機與外部網絡的通信。正常的情況下，主機可以完全信賴網關的工作，但是當網關壞掉時，主機與外部的通信就會中斷。要解決網絡中斷的問題，可以依靠再添加網關的方式解決，不過由于大多數主機只允許配置一個默認網關，此時需要網絡管理員進行手工干預網絡配置，才能使得主機使用新的網關進行通信；有時，人們運用動態路由協議的方法來解決網絡出現故障這一問題，如運行RIP、OSPF等，或者使用IRDP。然而，這些協議由于配置過于復雜，或者安全性能不好等原因都不能滿足用戶的需求。

1.2  技術優點

VRRP具有如下優點：

l 適應性強。VRRP報文封裝在IP報文中，支持各種上層協議。

2  VRRP協議介紹

l 虛擬路由器：由一個Master路由器和多個Backup路由器組成。主機將虛擬路由器當作默認網關。

l Master路由器：虛擬路由器中承擔報文轉發任務的路由器。

l 虛擬IP地址：虛擬路由器的IP地址。一個虛擬路由器可以擁有一個或多個IP地址。

l 虛擬MAC地址：一個虛擬路由器擁有一個虛擬MAC地址。虛擬MAC地址的格式為00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情況下，虛擬路由器回應ARP請求使用的是虛擬MAC地址，只有虛擬路由器做特殊配置的時候，才回應接口的真實MAC地址。

l 非搶占方式：如果Backup路由器工作在非搶占方式下，則只要Master路由器沒有出現故障，Backup路由器即使隨后被配置了更高的優先級也不會成為Master路由器。

2.2  虛擬路由器簡介

虛擬路由器有自己的虛擬IP地址和虛擬MAC地址，它的外在表現形式和實際的物理路由器完全一樣。局域網內的主機將虛擬路由器的IP地址設置為默認網關，通過虛擬路由器與外部網絡進行通信。

圖2 虛擬路由器示意圖

VRRP的工作過程為：

(2)        Master路由器周期性發送VRRP報文，以公布其配置信息（優先級等）和工作狀況；

(4)        虛擬路由器狀態切換時，Master路由器由一臺設備切換為另外一臺設備，新的Master路由器只是簡單地發送一個攜帶虛擬路由器的MAC地址和虛擬IP地址信息的免費ARP報文，這樣就可以更新與它連接的主機或設備中的ARP相關信息。網絡中的主機感知不到Master路由器已經切換為另外一臺設備。

由此可見，為了保證Master路由器和Backup路由器能夠協調工作，VRRP需要實現以下功能：

l              Master路由器狀態的通告；

下面將從上述三個方面詳細介紹VRRP的工作過程。

VRRP根據優先級來確定虛擬路由器中每臺路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。優先級越高，則越有可能成為Master路由器。

l              如果VRRP報文中Master路由器的優先級高于自己的優先級，則路由器保持在Backup狀態；

l              如果在一定時間內沒有收到VRRP報文，則路由器切換為Master狀態。

2.3.2  Master路由器狀態的通告

Master路由器主動放棄Master地位（如Master路由器退出虛擬路由器）時，會發送優先級為0的VRRP報文，致使Backup路由器快速切換變成Master路由器。這個切換的時間稱為Skew time，計算方式為：（256－Backup路由器的優先級）/256，單位為秒。

在性能不夠穩定的網絡中，Backup路由器可能因為網絡堵塞而在Master_Down_Interval期間沒有收到Master路由器的報文，而主動搶占為Master位置，如果此時原Master路由器的報文又到達了，就會出現虛擬路由器的成員頻繁的進行Master搶占現象。為了緩解這種現象的發生，特制定了延遲等待定時器。它可以使得Backup路由器在等待了Master_Down_Interval后，再等待延遲等待時間。如在此期間仍然沒有收到VRRP報文，則此Backup路由器才會切換為Master路由器，對外發送VRRP報文。

VRRP提供了三種認證方式：

l              簡單字符認證：在一個有可能受到安全威脅的網絡中，可以將認證方式設置為簡單字符認證。發送VRRP報文的路由器將認證字填入到VRRP報文中，而收到VRRP報文的路由器會將收到的VRRP報文中的認證字和本地配置的認證字進行比較。如果認證字相同，則認為接收到的報文是合法的VRRP報文；否則認為接收到的報文是一個非法報文。

3  Comware實現的技術特色

VRRP網絡傳輸功能有時需要額外的技術來完善其工作。例如，Master路由器到達某網絡的鏈路突然斷掉時，主機無法通過此Master路由器遠程訪問該網絡。此時，可以通過監視指定接口上行鏈路功能，解決這個問題。當Master路由器發現上行鏈路出現故障后，主動降低自己的優先級（使Master路由器的優先級低于Backup路由器），并立即發送VRRP報文。Backup路由器接收到優先級比自己低的VRRP報文后，等待Skew_Time切換為新的Master路由器。從而，使得能夠到達此網絡的Backup路由器充當VRRP新的Master路由器，協助主機完成網絡通訊。

VRRP可以利用NQA技術監視上行鏈路連接的遠端主機或者網絡狀況。例如，Master設備上啟動NQA的ICMP-echo探測功能，探測遠端主機的可達性。當ICMP-echo探測失敗時，它可以通知本設備探測結果，達到降低VRRP優先級的目的。

3.2  Backup監視Master工作狀態

Backup路由器監視Master路由器采用的是具有快速檢測功能的BFD技術。在Backup設備上使用該技術監視Master路由器的狀態，一旦Master路由器發生故障，Backup就可以自動切換成為新的Master路由器，將切換時間縮短到毫秒級。

4.1  主備備份

圖3 主備備份VRRP

4.2  負載分擔

負載分擔方式是指多臺路由器同時承擔業務，因此負載分擔方式需要兩個或者兩個以上的虛擬路由器，每個虛擬路由器都包括一個Master路由器和若干個Backup路由器，各虛擬路由器的Master路由器可以各不相同，如圖4中所示。

在圖4中，有三個虛擬路由器存在：

l              虛擬路由器2：Device B作為Master路由器，Device A和Device C作為Backup路由器。

為了實現業務流量在Device A、Device B和Device C之間進行負載分擔，需要將局域網內的主機的默認網關分別設置為虛擬路由器1、2和3。在配置優先級時，需要確保三個虛擬路由器中各路由器的VRRP優先級形成一定的交叉，使得一臺路由器盡可能不同時充當2個Master路由器。

VRRP可以通過BFD或NQA等快速檢測協議監視一些上行敏感鏈路，使得Master路由器快速地發現網絡故障，降低自身的優先級，從而保證上行鏈路工作正常的Backup路由器能夠接替它的工作。

如圖5所示，初始情況下，Device A作為Master路由器，承擔轉發任務；Device B為Backup路由器，處于就緒監聽狀態。Device A使用BFD監視上行到達Internet的鏈路狀態。如果Device A的上行鏈路發生故障，Device A可以在毫秒級感知到網絡變化，立即發送低優先級的VRRP報文給Device B。如果此時Device B的優先級高于報文中的優先級，那么它將在Skew Time時間之后切換為新的Master路由器，之后由這個新的Master路由器為網絡內的主機轉發數據。

為了保證網絡傳輸的穩定性，可以在Backup設備上使用BFD技術監視Master的狀態，使得Master設備發生故障時，Backup設備能夠立即切換為新的Master設備。

如圖6中所示，初始情況下，DeviceA作為Master路由器，承擔轉發任務；DeviceB是Backup路由器，處于就緒監聽狀態。DeviceB使用BFD監視DeviceA上IP地址10.1.1.1的可達性。如果Device A發生故障，DeviceB可以立即通過BFD感知到對端的變化，主動切換成為新的Master設備，之后這個新Master路由器將為網絡內的主機轉發數據。

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