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1  VRRP概述

随着Internet的发展，人们对网络可靠性的要求越来越高。特别是对于终端用户来说，能够实时与网络其他部分保持联系是非常重要的。一般来说，主机通过设置默认网关来与外部网络联系，如图1所示：

主机将发送给外部网络的报文发送给网关，由网关传递给外部网络，从而实现主机与外部网络的通信。正常的情况下，主机可以完全信赖网关的工作，但是当网关坏掉时，主机与外部的通信就会中断。要解决网络中断的问题，可以依靠再添加网关的方式解决，不过由于大多数主机只允许配置一个默认网关，此时需要网络管理员进行手工干预网络配置，才能使得主机使用新的网关进行通信；有时，人们运用动态路由协议的方法来解决网络出现故障这一问题，如运行RIP、OSPF等，或者使用IRDP。然而，这些协议由于配置过于复杂，或者安全性能不好等原因都不能满足用户的需求。

1.2  技术优点

VRRP具有如下优点：

l 适应性强。VRRP报文封装在IP报文中，支持各种上层协议。

2  VRRP协议介绍

l 虚拟路由器：由一个Master路由器和多个Backup路由器组成。主机将虚拟路由器当作默认网关。

l Master路由器：虚拟路由器中承担报文转发任务的路由器。

l 虚拟IP地址：虚拟路由器的IP地址。一个虚拟路由器可以拥有一个或多个IP地址。

l 虚拟MAC地址：一个虚拟路由器拥有一个虚拟MAC地址。虚拟MAC地址的格式为00-00-5E-00-01-{VRID}。通常情况下，虚拟路由器回应ARP请求使用的是虚拟MAC地址，只有虚拟路由器做特殊配置的时候，才回应接口的真实MAC地址。

l 非抢占方式：如果Backup路由器工作在非抢占方式下，则只要Master路由器没有出现故障，Backup路由器即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master路由器。

2.2  虚拟路由器简介

虚拟路由器有自己的虚拟IP地址和虚拟MAC地址，它的外在表现形式和实际的物理路由器完全一样。局域网内的主机将虚拟路由器的IP地址设置为默认网关，通过虚拟路由器与外部网络进行通信。

图2 虚拟路由器示意图

VRRP的工作过程为：

(2)        Master路由器周期性发送VRRP报文，以公布其配置信息（优先级等）和工作状况；

(4)        虚拟路由器状态切换时，Master路由器由一台设备切换为另外一台设备，新的Master路由器只是简单地发送一个携带虚拟路由器的MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，这样就可以更新与它连接的主机或设备中的ARP相关信息。网络中的主机感知不到Master路由器已经切换为另外一台设备。

由此可见，为了保证Master路由器和Backup路由器能够协调工作，VRRP需要实现以下功能：

l              Master路由器状态的通告；

下面将从上述三个方面详细介绍VRRP的工作过程。

VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。优先级越高，则越有可能成为Master路由器。

l              如果VRRP报文中Master路由器的优先级高于自己的优先级，则路由器保持在Backup状态；

l              如果在一定时间内没有收到VRRP报文，则路由器切换为Master状态。

2.3.2  Master路由器状态的通告

Master路由器主动放弃Master地位（如Master路由器退出虚拟路由器）时，会发送优先级为0的VRRP报文，致使Backup路由器快速切换变成Master路由器。这个切换的时间称为Skew time，计算方式为：（256－Backup路由器的优先级）/256，单位为秒。

在性能不够稳定的网络中，Backup路由器可能因为网络堵塞而在Master_Down_Interval期间没有收到Master路由器的报文，而主动抢占为Master位置，如果此时原Master路由器的报文又到达了，就会出现虚拟路由器的成员频繁的进行Master抢占现象。为了缓解这种现象的发生，特制定了延迟等待定时器。它可以使得Backup路由器在等待了Master_Down_Interval后，再等待延迟等待时间。如在此期间仍然没有收到VRRP报文，则此Backup路由器才会切换为Master路由器，对外发送VRRP报文。

VRRP提供了三种认证方式：

l              简单字符认证：在一个有可能受到安全威胁的网络中，可以将认证方式设置为简单字符认证。发送VRRP报文的路由器将认证字填入到VRRP报文中，而收到VRRP报文的路由器会将收到的VRRP报文中的认证字和本地配置的认证字进行比较。如果认证字相同，则认为接收到的报文是合法的VRRP报文；否则认为接收到的报文是一个非法报文。

3  Comware实现的技术特色

VRRP网络传输功能有时需要额外的技术来完善其工作。例如，Master路由器到达某网络的链路突然断掉时，主机无法通过此Master路由器远程访问该网络。此时，可以通过监视指定接口上行链路功能，解决这个问题。当Master路由器发现上行链路出现故障后，主动降低自己的优先级（使Master路由器的优先级低于Backup路由器），并立即发送VRRP报文。Backup路由器接收到优先级比自己低的VRRP报文后，等待Skew_Time切换为新的Master路由器。从而，使得能够到达此网络的Backup路由器充当VRRP新的Master路由器，协助主机完成网络通讯。

VRRP可以利用NQA技术监视上行链路连接的远端主机或者网络状况。例如，Master设备上启动NQA的ICMP-echo探测功能，探测远端主机的可达性。当ICMP-echo探测失败时，它可以通知本设备探测结果，达到降低VRRP优先级的目的。

3.2  Backup监视Master工作状态

Backup路由器监视Master路由器采用的是具有快速检测功能的BFD技术。在Backup设备上使用该技术监视Master路由器的状态，一旦Master路由器发生故障，Backup就可以自动切换成为新的Master路由器，将切换时间缩短到毫秒级。

4.1  主备备份

图3 主备备份VRRP

4.2  负载分担

负载分担方式是指多台路由器同时承担业务，因此负载分担方式需要两个或者两个以上的虚拟路由器，每个虚拟路由器都包括一个Master路由器和若干个Backup路由器，各虚拟路由器的Master路由器可以各不相同，如图4中所示。

在图4中，有三个虚拟路由器存在：

l              虚拟路由器2：Device B作为Master路由器，Device A和Device C作为Backup路由器。

为了实现业务流量在Device A、Device B和Device C之间进行负载分担，需要将局域网内的主机的默认网关分别设置为虚拟路由器1、2和3。在配置优先级时，需要确保三个虚拟路由器中各路由器的VRRP优先级形成一定的交叉，使得一台路由器尽可能不同时充当2个Master路由器。

VRRP可以通过BFD或NQA等快速检测协议监视一些上行敏感链路，使得Master路由器快速地发现网络故障，降低自身的优先级，从而保证上行链路工作正常的Backup路由器能够接替它的工作。

如图5所示，初始情况下，Device A作为Master路由器，承担转发任务；Device B为Backup路由器，处于就绪监听状态。Device A使用BFD监视上行到达Internet的链路状态。如果Device A的上行链路发生故障，Device A可以在毫秒级感知到网络变化，立即发送低优先级的VRRP报文给Device B。如果此时Device B的优先级高于报文中的优先级，那么它将在Skew Time时间之后切换为新的Master路由器，之后由这个新的Master路由器为网络内的主机转发数据。

为了保证网络传输的稳定性，可以在Backup设备上使用BFD技术监视Master的状态，使得Master设备发生故障时，Backup设备能够立即切换为新的Master设备。

如图6中所示，初始情况下，DeviceA作为Master路由器，承担转发任务；DeviceB是Backup路由器，处于就绪监听状态。DeviceB使用BFD监视DeviceA上IP地址10.1.1.1的可达性。如果Device A发生故障，DeviceB可以立即通过BFD感知到对端的变化，主动切换成为新的Master设备，之后这个新Master路由器将为网络内的主机转发数据。

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