VRRP——虚拟路由冗余协议

什么是VRRP

虚拟路由冗余协议VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）是一种用于提高网络可靠性的容错协议。

通过VRRP，可以在主机的下一跳设备出现故障时，及时将业务切换到备份设备，从而保障网络通信的连续性和可靠性。

为什么需要VRRP

随着网络的快速普及和相关应用的日益深入，各种增值业务（如IPTV、视频会议等）已经开始广泛部署，基础网络的可靠性日益成为用户关注的焦点，能够保证网络传输不中断对于终端用户非常重要。

现网中的主机使用缺省网关与外部网络联系时，如果Gateway出现故障，与其相连的主机将与外界失去联系，导致业务中断。

局域网缺省网关示意图

VRRP的出现很好地解决了这个问题。VRRP将多台设备组成一个虚拟设备，通过配置虚拟设备的IP地址为缺省网关，实现缺省网关的备份。当网关设备发生故障时，VRRP机制能够选举新的网关设备承担数据流量，从而保障网络的可靠通信。如下图所示，当Master设备故障时，发往缺省网关的流量将由Backup设备进行转发。

VRRP备份组示意图

VRRP的工作原理

VRRP的三种状态

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Master状态的设备才可以转发那些发送到虚拟IP地址的报文。下表详细描述了三种状态。

表1-1 VRRP协议状态

VRRP选举机制

由几台路由器组成的虚拟路由器又称为VRRP备份组。一个VRRP备份组在逻辑上为一台路由器。VRRP备份组建立后，各设备会根据所配置的优先级来选举Master设备，选举方式如下图所示。

Master设备选举过程

VRRP工作原理

如下图所示，路由器A、B、C通过配置VRRP组成一个虚拟路由器。虚拟路由器的IP地址可以与设备上某台设备的实际IP地址一致（实际上直接指定此设备为Master），也可以与它们的地址在同一个网段但不一致。在本例中，我们以前一种方式来举例说明，虚拟路由器的IP地址为路由器A的IP地址（注意：虚拟路由器的IP地址可以与设备上某台设备的实际IP地址一致，也可以与它们呢的地址在同一个网段但不一致。在本例中，我们以前一种方式来举例说明）。由于虚拟路由器的IP地址与路由器A的IP地址相同，因此路由器A为Master设备，路由器B、C为Backup设备。Client1~3的默认网关为10.10.0.1。作为Master设备，路由器A处理着Client1~3发往默认网关10.10.0.1的报文

VRRP工作原理

当Master设备出现故障时，路由器B和路由器C会选举出新的Master设备。新的Master设备开始响应对虚拟IP地址的ARP响应，并定期发送VRRP通告报文。

VRRP的详细工作过程如下：

1. VRRP备份组中的设备根据优先级选举出Master。Master设备通过发送免费ARP报文，将虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机，从而承担报文转发任务。

2. Master设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文，通告其配置信息（优先级等）和工作状况。

3. 如果Master设备出现故障，VRRP备份组中的Backup设备将根据优先级重新选举新的Master。

4. VRRP备份组状态切换时，Master设备由一台设备切换为另外一台设备，新的Master设备会立即发送携带虚拟路由器的虚拟MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，刷新与它连接的设备或者主机的MAC表项，从而把用户流量引到新的Master设备上来，整个过程对用户完全透明。

5. 原Master设备故障恢复时，若该设备为IP地址拥有者（优先级为255），将直接切换至Master状态。若该设备优先级小于255，将首先切换至Backup状态，且其优先级恢复为故障前配置的优先级。

6. Backup设备的优先级高于Master设备时，由Backup设备的工作方式（抢占方式和非抢占方式）决定是否重新选举Master。

VRRP应用场景

在网络中，VRRP不仅仅在设备故障时触发Master设备的切换，它也能感知某个接口、某条路由的状态。

与接口状态联动

如下图所示，VRRP可以与上行接口的状态绑定在一起，当承担转发任务的Master设备的上行接口出现异常时，Master设备会降低一定的优先级，当优先级低于Backup设备的优先级时，Backup设备就会切换为Master设备，从而防止因为上行接口的异常导致业务受损。

VRRP与接口联动

与路由状态联动

如下图所示，VRRP可以与上行路由的状态绑定在一起，当上行路由出现异常时，Master设备可以降低一定的优先级，当优先级低于Backup设备的优先级时，Backup设备就会切换为Master设备，从而防止因为上行路由的异常导致业务受损。

VRRP与路由联动