VRRP 原理 vrrp原理通俗理解

为什么需要 VRRP？

首先， 终端一般是使用路由器或者三层交换机的 IP 地址作为网关，那么如 果该网关发生了故障，就会导致底下的 PC 无法上网。

如果给终端配置了多个网关， 那么就会存在地址冲突， 而且我们也是只能够 为终端配置一个网关的。

对于这种情况，我们就可以使用 VRRP 技术，也就是把多个路由器虚拟成一 个路由器， 也就是该多个路由器在逻辑意义上可以看成是一个路由器，那么之后 以这个虚拟路由器作为网关， 负责转发终端的流量， 而对于这个虚拟路由器来说， 它是由多个路由器虚拟出来的， 所以它可以在这些路由器间选择一个路由器来转 发流量，其余路由器就作为备份存在。这就是 VRRP 技术。

VRRP 基础知识：

VRRP 路由器：

运行 VRRP 协议的路由器， 虽然是叫路由器，但实际中， VRRP 是配置在 接口上的。

VRID：

虚拟路由器的 ID。用来标识这些路由器是属于同一个 VRRP 组。其中， 一个 ID 就表示一个 VRRP 备份组，不同路由器之间就通过 VRID 来区分谁和谁是 属于同一个 VRRP 组。 取值范围为 1-255

虚拟路由器：

VRRP 组为每一个组抽象出一台“虚拟路由器” (Virtual Router)， 这 台虚拟路由器就会有自己的虚拟 IP 地址， 这个虚拟 IP 地址就可以作为底下

终端的网关地址。 但是一个 VRRP 组只会产生一台虚拟路由器。 虚拟 IP 地址：

虚拟路由器的 IP 地址， 可以作为网关地址， 虚拟路由器可以有多个虚拟 IP 地址，默认情况下，虚拟 IP 地址是可以被 ping 通的；

虚拟 MAC 地址：

前缀固定为 0000-5e00-01XX，XX 根据 VRID 来确认， 如果 VRID=1，那么 XX 就为 01，那么这个 MAC 地址就为 0000-5e00-0101；

Master：

活动路由器，这个活动路由器是由 VRRP 组中的路由器选举出来的， 作用 是承担流量的转发任务。一个 VRRP 备份组中有且只有一个 Master 路由器。 当 Master 路由器选举完成后，该 Master 路由器就会周期性地发送 VRRP 报

文来通知其他路由器自己的存活情况。

BackUp：

备份路由器，同样是由 VRRP 组中的路由器选举出来， Backup 路由器将 会实时侦听 Master 路由器发送出来的 VRRP 报文， 在定时器超时后还没有收 到 VRRP 报文时，就认为 Master 发生了故障，之后该 Backup 路由器就成为

Master 路由器，或者开始重新选举出master 路由器。

Priority：

优先级， 用于选举 Master 路由器。

取值范围是 0-255，但配置范围是 1-254；优先级取值为 0 时， 代表放弃

Master 路由器的身份， 优先级取值为 255 时，直接成为 Master 路由器， 值越大 越优先，默认是 100。

IP 地址拥有者：

如果路由器的物理接口地址和虚拟路由器的虚拟网关地址是同一个地址， 那么该实际的路由器就叫做 IP 地址拥有者， 优先级直接被设备设为 255，不 需要选举 master，直接就成为了 Master。

VRRP 选举规则：

先比较 VRRP 的接口优先级，值越大越优先；

优先级相同的情况下，就比较路由器的物理接口的 IP 地址， IP 地址大 的成为 Master。

报文：

VRRP 只有一种报文， 即 Advertisement 报文， 基于组播方式发送， 因此 只能在同一个广播域传递。 Advertisement 报文的目的组播地址为 224.0.0.18。 只有 Master 路由器才会发送 VRRP 报文。

定时器：

VRRP 主要有两个定时器

ADVER_INTERVAL 定时器： Master 路由器发送 VRRP 通告报文时间周 期，缺省值为 1 秒。每隔 1S 发送一次 VRRP 报文， 用于通告其它路由器， Master 还存活着。

MASTER_DOWN 定时器：Backup 设备监听该定时器超时后，会变为 Master 状态。 Backup 在 3S 后还木有收到 Master 通告的 VRRP 报文，就 认为 Master 路由器故障了，然后该路由器就转换为master。

MASTER_DOWN 定时器计算公式如下：

MASTER_DOWN = (3* ADVER_INTERVAL) + Skew_time (偏移时间) 其中， Skew_Time= (256 –Priority) /256

VRRP 的状态机：

Initialize：

初始状态。当我们在路由器的接口上开启 VRRP 协议， 就会处于该状 态中， 该路由器收到接口的启动的事件后， 如果接口的优先级少于 255， 那么就先进入到 Backup 状态。(一般来说， VRRP 路由器启动之后， 都是 首先由 Initialize 转换为 Backup 状态)，就是当优先级为 255 时，就直 接进入到 Master 状态，就不需要进入到 Backup 状态了。

Master：

活动状态。被选举为Master 路由器就会进入到该状态。在该状态中， 如果收到了 shutdown 事件，就会进入到 Initialize 状态；如果收到优 先级比自己高的 VRRP 报文，就会进入到 Backup 状态。

Backup:

备份状态。在该状态中， 路由器就进行 Master 路由器的选举， 那么 就已经选举好了 Master 路由器了， 剩下的其他路由器就会维持在该状态 中，具有最高优先级的那台路由器就会成为 master 路由器。

这时候选举完毕，如果 Backup 路由器收到了 shutdown 事件，就会进入 到 Initialize 状态；如果在 MASTER_DOWN 定时器超时后， 就会进入到 Master 状态(重新进行 Master 路由器的选举)；如果收到了优先级为 0 的报文(就

代表经过管理员的配置， Master 路由器放弃了 master 身份)，也会进入到 Master 状态；如果收到的 VRRP 报文里面的优先级是比自己低，那么也会进 入到 Master 状态。

VRRP 的主备切换和主备回切

VRRP 的主备切换：

我们前面提到了 VRRP 组中分为 Master 路由器和 Backup 路由器，即主路由 器和备份路由器， 很明显的， 当主路由器故障之后， 就由备份路由器来负责网络 中流量的转发。

那么，虚拟路由器是通过什么来确定 Master 路由器故障的呢？

答是报文的交互。网络中， Master 会周期性的发送 VRRP 报文，该报文用于 维持 Master 路由器的 Master 状态，如果 3S 后，也就是 Master_down 定时器超 时后， Backup 路由器还没有收到该报文， 就会认为 Master 路由器失效了， 那么 Backup 路由器就可以进入到 Master 状态。 但是如果网络中存在多台 Backup 路 由器，那么它们之间就会进行 Master 路由器的选举，由优先级最高的那台路由 器来成为 Master 路由器。

主备切换的条件：

也就是发生主备切换的场景，如果 Master 路由器打算退出 VRRP 组， 那 么它发送优先级为 0 的 VRRP 报文， 这时就会发生主备切换； 除此之外， 如果 Master 路由器发生了故障，或者链路异常， Backup 路由器在 Master_down 定时

器超时后也没有收到 VRRP 报文，也会发生主备切换。

VRRP 主备回切：

值得注意的是， VRRP 中， Master 路由器的身份是可以被抢占的。

如果故障了的 Master 路由器恢复了正常， 那么它就可以把 Master 路由器的 身份抢占回来。

VRRP 抢占延时：

如果网络中链路的质量不好，或者 Master 路由器的接口不稳定，那么可能 会导致其它路由器时有时无的接收 VRRP 报文，也就有可能导致网络中频繁发生 Master 路由器身份的抢占问题，从而导致网络不稳定。

基于这种情况， VRRP 中就有了抢占延时的功能， 也就是在设备上开启了抢占 延时后，如果已经故障了 Master 路由器恢复了正常，那么它是需要等待一定时 间后才可以开始抢占 Master 身份的，注意是要在这等待的时间里面，该路由器 没有发生过主备切换的话，才可以开始抢占。

其中抢占延时默认是开启的

我们也可以理解为开启了一个定时器， 当设备切换过身份， 那么该定时器就 会被刷新，重新开始倒计时。

当路由器从故障恢复正常， 那么该定时器就开始倒计时， 如果在倒计时结束 之前， 该路由器都没有发生过身份的切换， 那么该路由器在倒计时结束后， 就可 以开始抢占 Master 身份；如果在倒计时结束之前，该路由器都发生过身份的切 换，那么定时器就重新开始倒计时。

VRRP 负载分担：

VRRP 的负载分担， 其实就是让 VRRP 组中所有路由器都可以负责流量的转发。

因为之前只有一个 VRRP 组的情况下， Master 路由器负责流量的转发， Backup 路由器就空闲了，这会导致性能的浪费。

所以我们可以在原先已经拥有一个 VRRP 备份组的基础上，再创建一个 VRID 不同的 VRRP 备份组， 其中， 新的备份组和原先的备份组之间互为主备关系。(比 如，原先备份组中 AR1 是 Mater 路由器，AR2 是 Backuo 路由器，那么新的备份 组中， AR1 是 backup 路由器，AR2 是 Master 路由器)，同时 Virtual IP 也不一 样。 这样，每台路由器都可以用来转发流量，这就实现了 VRRP 的负载分担。

配置示例如下：