VRRP报文格式和状态机

VRRP报文格式

VRRP协议的正常几作依赖于VRRP报文的正确收发。VRRP只定义了一种报文格式，即通告(Advertisement )报文，它被封装在IP报文，IP头部的协议号字段值为112，报文的目的IP地址是组播地址224.0.0.18。如下图所示，展示了VRRP报文格式：

字段的含义如下。

• 版本(Version )：对于VRRPv2来说，该字段的值恒为2。
• 类型(Type)：VRRP只定义了通告报文这种报文类型，该字段的值恒为1。
• 虚拟路由器ID （VRID）：虚拟路由器的标识符，取值范围是1~255，属于同一个VRRP组的路由器需使用相同的VRID。
• 优先级(Priority)： 取值范围是0~255， 该值越大，则VRRP优先级越高，路由器也就越有可能成为Master。（缺省的VRRP优先级为100，HW）
• IP地址个数(Count IP Address)： VRRP组中虚拟IP地址的个数。这个字段的值指示了该报文后续的“IP 地址”字段的个数。
• 认证类型(Authentication Type): VRRP报文的认证类型，有以下三种情况:

1. 当该字段为0时，表示无认证(Non Authentication);
2. 当该字段为1时，表示明文认证方式(Simple Text Password);
3. 当该字段为2时，表示MD5认证方式(IP Authentication Header)。

• 通告间隔(Advertisement Interval)：VRRP报文的发送时间间隔(单位为秒),，缺省情况下，VRRP 的报文发送时间间隔为1s。
• 校验和(Checksum)：用于报文校验。
• IP地址(IP Address)： VRRP虚拟IP地址。
• 认证数据(Authentication Data)： VRRP认证数据，当VRRP明文认证或MD5认证被激活时，该字段则填充相应的数据。

VRRP状态机

VRRP定义了三种状态，RFC3768 (Virtual Router Redundancy Protocol)详细地描述了这些状态。

Initialize (初始状态)

• Initialize状态是VRRP的初始状态。在接口配置VRRP后，如果该接口是Down的(比如接口被关闭，或者没有连接任何线缆)，那么该接口的VRRP状态将会停滞在Initalize。
• 当接口Up之后，如果其VRRP优先级为255 (这种情况发生在该接口的实际IP地址是VRRP虚拟IP地址的情况)，那么接口的VRRP状态将由Initialize切换到Master，而如果接口的VRRP优先级不为255，则进入Backup状态。

Backup (备份状态)

处于Backup状态的路由器是VRRP组中的备份路由器，作为一台备份设备，它并不会参与数据转发工作，但是它会实时监控当前Master路由器的状态，并随时准备接替它的工作。Backup 路由器会进行如下工作：

• 对关于VRRP虚拟IP地址的ARP请求不予回应。
• 丢弃目的MAC地址为VRRP虚拟MAC地址的数据帧。
• 不接收目的IP地址为VRRP虚拟IP地址的数据包。
• 实时侦听Master路由器发送的VRRP报文，以便了解其工作状态。
• 当其收到一个VRRP报文时，有一下三种情况：

1. 若该VRRP报文的优先级为0(意味着当前Master路由器希望主动放弃Master状态)，则将Master_Down_Timer设置为Skew_Time。
2. 若该VRRP报文的优先级不为0，则当抢占模式(Preempt Mode)未激活时，或者当VRRP报文中的优先级大于或等于本接口优先级时，将Master_Adver_Interval设置为VRRP报文中的Advertisement Interval字段值；并重置Master_Down_Timer，将Master_Down_Timer的时间设置为Master_Down_Interval。
3. 若该VRRP报文的优先级不为0，则当抢占模式激活并且VRRP报文中的优先级小于本接口优先级时，忽略该VRRP报文，立即切换到Master状态。

• 当Master_Down_Timer超时(这意味着它认为当前的Master路由器已经失效)，会有如下动作。

1. 将接口的状态切换到Master
2. 开始从接口发送自己的VRRP报文
3. 从接口发送一个免费ARP Request （Gratuitous ARP Request）广播帧，该ARP Request携带了VRRP虚拟IP地址及虚拟MAC地址的绑定信息，用于刷新该接口所直连的广播域内的设备的ARP表、MAC地址表。

VRPP相关定时器

1 Master_Adver_Interval：Master路由器所发送VRRP报文中Advertisement Interval字段所填充的值，缺省时该值为1s。该时间间隔即Master路由器周期性发送VRRP报文的间隔。
2 Master_Down_Timer：Backup路由器将持续接收来自当前Master路由器的VRRP报文，每当报文到达时，Backup路由器上的Master_Down_Timer会被重置。如果一定时间内没有收到来自Master路由器的VRRP报文并导致Master_Down_Timer超时，那么Backup路由器将认为Master路由器己经失效。
3 Master_Down_Interval：一定时间没有收到来自Master路由器的VRRP报文后，Backup路由器可认为当前Master路由器已经失效。Master_Down_Interval = (3 * Master_Adver_Interval) +Skew_Time
4 Skew_Time：一个偏移时间，Skew_Time = ( ( 256 - VRRP优先级) * Master_Adver_Interval) / 256

Master(主状态)

处于Master状态的路由器是当前VRRP组的主路由器，它承担数据转发任务，Master路由器会进行如下工作：

• 当收到关于虚拟IP地址的ARP请求时，以虚拟MAC地址进行回应。
• 接收并转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的报文。
• 周期性地发送VRRP报文，时间间隔缺省为1s。
• 当其收到一个VRRP报文时：

1. 若该VRRP报文的优先级为0，则继续发送自己的报文。
2. 若该VRRP报文的优先级不为0，并且比本接口的VRRP优先级值更小，则忽略该VRRP报文。
3. 若该VRRP报文的优先级不为0，并且比本接口的VRRP优先级更大，或者VRRP优先级相等但是VRRP报文的源IP地址比本接口IP大，则将接口的状态切换到Backup。