无法访问你试图使用的功能所在的网络位置。是什么原因?
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2022-05-30
前言
VRRP通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的路由设备,将虚拟路由设备的IP地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信,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
一、VRRP概述
1、VRRP介绍
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
2、VRRP作用
现实网络中的主机使用缺省网关与外部网络联系时,如果网关出现故障,与其相连的主机将与外界失去联系,导致业务中断
通常,同一网段内的所有主机上都设置一条相同的、以网关为下一跳的缺省路由,主机发往其他网段的报文将通过缺省路由发往网关,再由网关进行转发,从而实现主机与外部网络的通信,当网关发生故障时,本网段内所有以网关为缺省路由的主机将无法与外部网络通信,增加出口网关是提高系统可靠性的常见方法,此时如何在多个出口之间进行选路就成为需要解决的问题
VRRP的出现很好的解决了这个问题,VRRP能够在不改变组网的情况下,将多台设备组成一个虚拟设备,将多台路由设备组成一个虚拟路由器,通过配置虚拟路由器的IP地址为默认网关,实现默认网关的备份,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,当设备故障时,发往缺省网关的流量将由备份设备进行转发
3、VRRP基本概念
(1)VRRP路由器
VRRP路由器(VRRP Router)是运行VRRP协议的设备,它可能属于一个或多个虚拟路由器
(2)虚拟路由器
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
(3)Master路由器
Master路由器(Virtual Router Master)是承担转发报文任务的VRRP设备
(4)Backup路由器
Backup路由器(Virtual Router Backup)是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
(5)VRID
VRID是虚拟路由器的标识
(6)虚拟IP地址
虚拟IP地址(Virtual IP Address)是虚拟路由器的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
(7)IP地址拥有者
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(IP Address Owner),如果IP地址拥有者是可用的,通常它将成为Master
(8)虚拟MAC地址
虚拟MAC地址(Virtual MAC Address)是虚拟路由器根据虚拟路由器ID生成的MAC地址,当虚拟路由器回应ARP请求时,使用虚拟MAC地址,而不是接口的真实MAC地址
4、VRRP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Master状态的设备才可以转发那些发送到虚拟IP地址的报文
(1)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
(2)Master
当VRRP设备处于Master状态时,它将会做下列工作
定时(Advertisement Interval)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
如果它是这个虚拟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,否则,丢弃这个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
(3)Backup
当VRRP设备处于Backup状态时,它将会做下列工作
接收Master设备发送的VRRP通告报文,判断Master设备的状态是否正常
对虚拟IP地址的ARP请求,不做响应
丢弃目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文
如果收到优先级和自己相同或者比自己大的报文,则重置Master_Down_Interval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,其中,Skew_Time=(256–Priority)/256
如果收到比自己优先级小的报文且该报文优先级是0时,定时器时间设置为Skew_time(偏移时间),如果该报文优先级不是0,丢弃报文,立刻成为Master
5、VRRP的工作过程
当Master设备出现故障时,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
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
Master设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文,以公布其配置信息(优先级等)和工作状况
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
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,刷新与它连接的主机或设备中的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
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
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,在抢占模式下,如果Backup设备的优先级比当前Master设备的优先级高,则主动将自己切换成Master,在非抢占模式下,只要Master设备没有出现故障,Backup设备即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master设备
6、Master设备的选举
VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台设备的角色(Master设备或Backup设备),优先级越高,则越有可能成为Master设备
初始创建的VRRP设备工作在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,待Master_Down_Interval定时器超时后再切换至Master状态,首先切换至Master状态的VRRP设备通过VRRP通告报文的交互获知虚拟设备中其他成员的优先级,进行Master的选举
如果VRRP报文中Master设备的优先级高于或等于自己的优先级,则Backup设备保持Backup状态
如果VRRP报文中Master设备的优先级低于自己的优先级,采用抢占方式的Backup设备将切换至Master状态,采用非抢占方式的Backup设备仍保持Backup状态
如果多个VRRP设备同时切换到Master状态,通过VRRP通告报文的交互进行协商后,优先级较低的VRRP设备将切换成Backup状态,优先级最高的VRRP设备成为最终的Master设备,优先级相同时,VRRP设备上VRRP备份组所在接口主IP地址较大的成为Master设备
如果创建的VRRP设备为IP地址拥有者,收到接口Up的消息后,将会直接切换至Master状态
7、Master设备状态的通告
Master设备周期性地发送VRRP通告报文,在VRRP备份组中公布其配置信息(优先级等)和工作状况,Backup设备通过接收到VRRP报文的情况来判断Master设备是否工作正常
当Master设备主动放弃Master地位(如Master设备退出备份组)时,会发送优先级为0的通告报文,用来使Backup设备快速切换成Master设备,而不用等到Master_Down_Interval定时器超时,这个切换的时间称为Skew time,计算方式为:(256-Backup设备的优先级)/256,单位为秒
当Master设备发生网络故障而不能发送通告报文的时候,Backup设备并不能立即知道其工作状况,等到Master_Down_Interval定时器超时后,才会认为Master设备无法正常工作,从而将状态切换为Master,其中,Master_Down_Interval定时器取值为:3×Advertisement_Interval+Skew_time,单位为秒
在性能不稳定的网络中,网络堵塞可能导致Backup设备在Master_Down_Interval期间没有收到Master设备的报文,Backup设备则会主动切换为Master,如果此时原Master设备的报文又到达了,新Master设备将再次切换回Backup,如此则会出现VRRP备份组成员状态频繁切换的现象,为了缓解这种现象,可以配置抢占延时,使得Backup设备在等待了Master_Down_Interval后,再等待抢占延迟时间,如在此期间仍没有收到通告报文,Backup设备才会切换为Master设备
8、VRRP主备备份
主备备份是VRRP提供备份功能的基本方式,该方式需要建立一个虚拟路由器,该虚拟路由器包括一个Master设备和若干Backup设备
9、VRRP负载分担
负载分担是指多个VRRP备份组同时承担业务,VRRP负载分担与VRRP主备备份的基本原理和报文协商过程都是相同的,同样对于每一个VRRP备份组,都包含一个Master设备和若干Backup设备,与主备备份方式不同点在于负载分担方式需要建立多个VRRP备份组,各备份组的Master设备可以不同,同一台VRRP设备可以加入多个备份组,在不同的备份组中具有不同的优先级
多网关负载分担:通过创建多个带虚拟IP地址的VRRP备份组,为不同的用户指定不同的VRRP备份组作为网关,实现负载分担
单网关负载分担:通过创建带有虚拟IP地址的VRRP负载分担管理组LBRG(Load-Balance Redundancy Group),并向该负载分担管理组中加入成员VRRP备份组(无需配置虚拟IP地址),指定负载分担管理组作为所有用户的网关,实现负载分担
10、管理VRRP
为了提高网络可靠性,通常部署主备双归属,为了满足不同的业务需要,设备之间可以运行多个VRRP备份组,此时每个VRRP备份组都需要维护自己的状态机,这样设备之间就会存在大量的VRRP协议报文,为了减少协议报文对带宽的占用及CPU资源的消耗,可以将其中一个VRRP备份组配置为管理VRRP备份组(mVRRP),其余的业务VRRP备份组与管理VRRP备份组进行绑定,此时,管理VRRP负责发送协议报文来协商设备的主备状态,业务VRRP不发送协议报文,其主备状态与管理VRRP的主备保持一致,以此减少协议报文对CPU与带宽资源的消耗
11、管理VRRP备份组
管理VRRP备份组与普通VRRP备份组一样,会通过VRRP协议报文来协商VRRP设备的主备状态,管理VRRP可以部署在网络中的以下位置
管理VRRP与业务VRRP部署在同一侧,此时管理VRRP备份组作为网关使用,管理VRRP既负责协商设备的主备状态,也承担业务流量,此时在配置管理VRRP之前必须先创建普通VRRP备份组并配置虚拟IP地址,该虚拟IP地址即为用户设置的网关地址
管理VRRP部署在两台设备之间的直连链路上,管理VRRP备份组不作为网关使用时,管理VRRP只负责协商设备的主备状态,不承担业务流量,因此管理VRRP不需要具有虚拟IP地址,用户可以直接在接口上创建管理VRRP备份组,该配置在一定程度上降低了用户维护的复杂度
12、业务VRRP备份组
普通VRRP备份组与管理VRRP备份组绑定后成为业务VRRP备份组(也叫成员VRRP备份组),业务VRRP备份组不再发送VRRP协议报文,它的状态由所在接口状态及与其绑定的管理VRRP备份组的状态共同决定
二、VRRP配置
1、案例
2、配置过程
(1)AR1
(2)L3-SW1
(3)L3-SW2
(4)SW1
3、测试
(1)PC1
(2)PC2
结语
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,VRRP保证了网络传输的不中断这对于终端用户非常重要
NAT TCP/IP 网络
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