【网络协议详解】——vrrp技术（学习笔记）

VRRP联动可以监视上行链路的故障。当上行接口或链路故障时，VRRP备份组的Master设备降低优先级，重新进行选举，确保Master路由器为最佳的VRRP路由设备，保证流量的正常转发。
VRRP与BFD联动可以提高VRRP备份组中主备设备的切换速度。利用BFD检测速度快的特点，在Master设备和Backup设备之间建立BFD会话并与VRRP备份组进行绑定，实现Master设备和Backup设备之间的链路出现故障时，Backup设备迅速切换为Master，承担网络流量。
VRRP基本概念

VRRP基本术语

VRRP路由器（VRRP Router）：运行VRRP协议的设备。
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SwitchA和SwitchB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
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。
VRID：虚拟路由器的标识。
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。
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。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。

VRRP协议报文

VRRP协议报文用来将Master设备的优先级和状态通告给同一备份组的所有Backup设备。

VRRP协议报文封装在IP报文中，拥有专门的VRRP组播地址。在IP报文头中，源地址为发送报文接口的主IP地址（不是虚拟IP地址），目的地址是224.0.0.18，TTL是255，协议号是112。

主IP地址（Primary IP Address）：从接口的真实IP地址中选出来的一个主用IP地址，通常选择配置的第一个IP地址。

目前，VRRP协议包括两个版本：VRRPv2和VRRPv3。VRRPv2仅适用于IPv4网络，VRRPv3适用于IPv4和IPv6两种网络。

基于不同的网络类型，VRRP可以分为VRRP for IPv4和VRRP for IPv6（简称VRRP6）。

VRRP的状态机

VRRP协议中定义了三种状态机：初始状态（Initialize）、活动状态（Master）、备份状态（Backup）。其中，只有处于活动状态的设备才可以转发那些发送到虚拟IP地址的报文。VRRP状态的转换如图1所示。

图1 VRRP状态的转换

表1 VRRP协议状态
状态	说明
Initialize	该状态为VRRP不可用状态，在此状态时设备不会对VRRP报文做任何处理。通常刚配置VRRP时或设备检测到故障时会进入Initialize状态。收到接口Up的消息后，如果设备的优先级为255，则直接成为Master设备；如果设备的优先级小于255，则会先切换至Backup状态。
Master	当VRRP设备处于Master状态时，它将会做下列工作：定时发送VRRP通告报文。以虚拟MAC地址响应对虚拟IP地址的ARP请求。转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。如果它是虚拟IP地址的拥有者，则接收目的IP地址为这个虚拟IP地址的IP报文。如果收到比自己优先级大的报文，立即成为Backup。如果收到与自己优先级相等的VRRP报文且本地接口IP地址小于对端接口IP，立即成为Backup。当接收到接口的Shutdown事件时，转为Initialize状态。
Backup	当VRRP设备处于Backup状态时，它将会做下列工作：接收Master发送的VRRP通告报文，判断Master的状态是否正常。对虚拟IP地址的ARP请求，不做响应。收到目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文时按照正常二层转发流程进行处理。如果收到比自己优先级小的报文时，默认立刻升主，如果配置了不抢占，则重置定时器；如果配置了抢占延迟，则重置定时器，待抢占延迟到期再升主。收到比自己优先级高的报文时，重置定时器。如果收到优先级和自己相同的报文，则重置定时器，不进一步比较IP地址。 Master_Down_Interval定时器：Backup设备在该定时器超时后仍未收到通告报文，则会转换为Master状态。计算公式如下： Master_Down_Interval=(3 * Advertisement_Interval) + Skew_time（偏移时间） Skew_Time=(256–Priority)/256 ADVER_INTERVAL定时器：Master发送VRRP通告报文时间周期，缺省值为1秒。如果收到比自己优先级小的报文且该报文优先级不是0，丢弃报文，立刻成为Master；如果收到报文优先级是0，定时器时间设置为Skew_time（偏移时间）。当接收到MASTER_DOWN_TIMER定时器超时的消息时，Backup状态才会转为Master状态。