专题十六：虚拟路由冗余协议—

一、VRRP简介

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）虚拟路由冗余协议通过把几台设备联合组成一台虚拟的设备，使用一定的机制保证当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，从而保持通讯的连续性和可靠性。

VRRP的运行结果是在局域网上提供一个虚拟路由器。

本例中：

局域网中有两个路由器R1和R2，R1端口IP地址为192.168.1.251/24，R2端口IP地址为192.168.1.252/24。

配置R1和R2关联到同一个虚拟路由器，该虚拟路由器使用192.168.1.254做为端口IP地址。

所有的PC使用192.168.1.254做为默认网关。

VRRP可以分为VRRP for IPv4和VRRP for IPv6（简称VRRP6）。VRRP for IPv4支持VRRPv2和VRRPv3，而VRRP for IPv6仅支持VRRPv3。对IPv4网络而言，VRRP协议报文封装在IP报文中，发送到分配给VRRP的组播地址，目的地址是224.0.0.18，TTL是255，协议号是112。

为什么需要VRRP？

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

二、VRRP基本概念

VRRP虚拟MAC地址为00-00-5E-00-01-组id值。

VRRP优先级1-255，默认优先级100，VRRP协议默认开启了抢占。默认发送免费ARP报文时间间隔180秒。

VRRP角色分为Master和Backup。Master承载转发报文任务，Backup作为备份，一旦Master出现故障，Backup接替成为Master

概念	含义
虚拟路由器(Virtual Router)	又称为VRRP备份组，由一个Master设备和若干个Backup设备组成，被当作一个共享局域网内主机的缺省网关。它包括了一个虚拟路由器标识符和一组虚拟IP地址。
VRID	虚拟路由器的靿栃标识。具有相同VRID的一组设备构成一个虚拟路由器。
虚拟IP地址(Virtual IP Address)	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。
虚拟MAC地址(Virtual MAC Address)	虚拟路由器根据虚拟路由器ID生成的MAC地址。一个虚拟路由器拥有一个虚拟MAC地址，格式为:00-00-5E-00-01-{VRID}(VRRP for IPv4)或者00-00-5E-00-02-{VRID}(VRRP for IPv6)。当虚拟路由器回应ARP请求(VRRPfor IPv4)或者NS请求(VRRP for IPv6)时，使用虚拟MAC地址，而不是接口的真实MAC地址。
IP地址拥有者(IP Address 0wner)	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。如果IP地址拥有者是可用的，通常它将成为Master。
主IP地址(Primary IP Address)	从接口的真实IP地址中选出来的一个可用IP地址，通常选择配置的第一个IP地址。VRRP广播报文使用主IP地址作为 IP报文的源地址。
VRRP设备	运行VRRP协议的设备，它可能属于一个或多个虚拟路由器。
Master设备	承载转发报文任务的VRRP设备。
Backup设备	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。
优先级(Priority)	虚拟路由器中VRRP设备的优先级。虚拟路由器根据优先级选举出Master设备和Backup设备。
VRRP抢占模式	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。
VRRP非抢占模式	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。
Adver_Interval定时器	Master设备会根据该定时器定期发送VRRP通告报文。
Master_Down定时器	Backup设备在该定时器超时后，会变为Master状态。

三、VRRP报文格式

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。

VRRP报文字段含义如下：

Ver：VRRP目前有两个版本，其中VRRPv2仅适用于IPv4网络，VRRPv3适用于IPv4和IPv6两种网络。

Virtual Rtr ID：该报文所关联的虚拟路由器的标识。

Priority：发送该报文的VRRP路由器的优先级。

Count IP Addrs：该VRRP报文中所包含的虚拟IP地址的数量。

Auth Type：VRRP支持三种认证类型：不认证、纯文本密码认证、MD5方式认证，对应值分别为0、1、2。

Adver Int：发送VRRP通告消息的间隔。默认为1秒

IP Address：所关联的虚拟路由器的虚拟IP地址，可以为多个。

Authentication Data：验证所需要的密码信息。

四、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。

五、VRRP协议状态

Master状态

Backup状态

1.定期（ADVER_INTERVAL）发送VRRP报文。
2.以虚拟MAC地址响应对虚拟IP地址的ARP请求。
3.转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。
4.默认允许ping通虚拟IP地址。
5.当多台设备同时为Master时，若设备收到与自己优先级相同的报文时，会进一步比较IP地址的大小。如果收到报文的源IP地址比自己大，则切换到Backup状态，否则保持Master状态。

1.接收Master设备发送的VRRP报文，判断Master设备的状态是否正常。
2.对虚拟IP地址的ARP请求，不做响应。
3.丢弃目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。
4.丢弃目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文。
5.如果收到优先级和自己相同或者比自己优先级大的报文时，重置MASTER_DOWN定时器，不进一步比较IP地址的大小。

六、VRRP主备选举

优先级不同

开启VRRP进入初始化状态
设备根据VRRP优先级，计算超时定时器，时间短的进入Master状态
开始发送VRRP报文，优先级高的被选举为Master设备
发送免费ARP检测地址冲突，以及通告设备和主机（交换机和主机无需进行ARP解析和泛洪，缩短故障时间）

优先级相同

开启VRRP进入初始化状态
设备根据VRRP优先级，计算超时定时器，同时进入Master状态
开始发送VRRP报文，优先级相同，继续对比IP地址，越大越优，IP地址小的切换为Backup状态
发送免费ARP检测地址冲突，以及通告设备和主机

七、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。

VRRP备份组1：DeviceA作为Master设备，DeviceB作为Backup设备。

VRRP备份组2：DeviceB作为Master设备，DeviceA作为Backup设备。

一部分用户将VRRP备份组1作为网关，另一部分用户将VRRP备份组2作为网关。这样便可实现分担业务流量又相互备份的目的。

八、VRRP路由监控与接口联动

配置VRRP备份组后，VRRP备份组之间的主备切换通过VRRP通告报文进行协商。当网络中出现故障（比如接口Down或链路故障）或网络进行调整时，VRRP备份组并不能及时感知并进行状态切换，或者当VRRP备份组在主备切换完成后未能及时联动路由，会造成流量转发故障。

路由监视配置思路：

DeviceA上的VRRP备份组的优先级为120，状态为Master；

DeviceB上的VRRP备份组的优先级为100，状态为Backup，为立即抢占；

DeviceA上VRRP监视地址为10.1.2.0/24网段的路由，在检测到10.1.2.0/24网段信息为不可达时，DeviceA的优先级降低40（优先级降低后必须小于100）。

接口联动配置思路：

DeviceA上的VRRP备份组的优先级为120，状态为Master；

DeviceB上的VRRP备份组的优先级为100，状态为Backup，为立即抢占；

在DeviceA上配置监视上行接口interface1，当interface1状态变为Down时，DeviceA降低自身优先级，通过VRRP通告报文协商，DeviceB抢占成为Master设备，承担流量转发

九、VRRP的配置实现

1.VRRP常用基本配置

1.创建VRRP备份组并给备份组配置虚拟IP地址

[interface-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid virtual-router-id  virtual-ip virtual-address

注意：各备份组之间的虚拟IP地址不能重复；同属一个备份组的设备接口需使用相同的VRID。

2. 配置路由器在备份组中的优先级

[interface-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid virtual-router-id priority priority-value

注意：通常情况下，Master设备的优先级应高于Backup设备。

3. 配置备份组中设备的抢占延迟时间

[interface-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid virtual-router-id preempt-mode timer delay delay-value

4. 配置VRRP备份组中设备采用非抢占模式

[interface-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid virtual-router-id preempt-mode disable

缺省情况下，抢占模式已被激活。

5. 配置VRRP备份组监视接口

[interface-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid virtual-router-id track interface interface-type interface-number [ increased value-increased | reduced value-decreased ]

可配置设备当检测到上行接口或链路出现故障时，增加或者减少自身优先级，IP地址拥有者和Eth-trunk成员口不允许配置VRRP监视功能。

6. 配置VRRP备份组联动普通BFD会话

[interface-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid virtual-router-id track bfd-session { bfd-session-id | session-name bfd-configure-name } [ increased value-increased | reduced value-reduced ]

如果选择参数session-name bfd-configure-name，可以绑定静态BFD会话或者标识符自协商的静态BFD会话。如果选择参数bfd-session-id，只能绑定静态BFD会话。

2.VRRP基础配置实例

配置要求：

R1与R2组成一个VRRP备份组，其中R1为Master，R2为Backup；

Master设备故障恢复时采用抢占模式，抢占延时10秒；

Master设备监视上行接口状态实现VRRP主备自动切换。

R1：

[R1] interface GigabitEthernet0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.1.253  24
[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 priority 120
[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 10
[R1-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet0/0/1 reduced 30

R2：

[R2] interface GigabitEthernet0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0] ip address 192.168.1.252 24
[R2-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254
[R2-GigabitEthernet0/0/0] vrrp vrid 1 priority 110

3.VRRP主备备份配置

HostA通过Switch双归属到RouterA和RouterB。用户希望实现：
正常情况下，主机以RouterA为默认网关接入Internet，当RouterA故障时，RouterB接替作为网关继续进行工作，实现网关的冗余备份。RouterA故障恢复后，可以重新成为网关。
配置思路：
采用VRRP主备备份实现网关冗余备份，配置思路如下：
（1）配置各设备接口IP地址及路由协议，使各设备间网络层连通。
（2）在RouterA和RouterB上配置VRRP备份组。其中，RouterA上配置较高优先级和20秒抢占延时，作为Master设备承担流量转发；RouterB上配置较低优先级，作为备用工业路由交换一体机，实现网关冗余备份。
配置步骤：
（1）配置设备间的网络互连
# 配置设备各接口的IP地址，以RouterA为例。RouterB和RouterC的配置与RouterA类似，详见配置文件。

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname RouterA
[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] undo portswitch
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] ip address 10.1.1.1 24
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit
[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] undo portswitch
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] ip address 192.168.1.1 24
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit

# 配置RouterA、RouterB和RouterC间采用OSPF协议进行互连。以RouterA为例，RouterB和RouterC的配置与RouterA类似，详见配置文件。

[RouterA] ospf 1
[RouterA-ospf-1] area 0
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.1.1.0 0.0.0.255
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] quit
[RouterA-ospf-1] quit

（2）配置VRRP备份组
# 在RouterA上创建VRRP备份组1，配置RouterA在该备份组中的优先级为120，并配置抢占时间为20秒。

[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.111 //配置vrrp虚拟ip和vrid
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 priority 120   //默认优先级为100，RouterA设置优先级为120，该设备为Master
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20  //VRRP默认是抢占模式，设置抢占延时，避免频繁出现主备切换
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit
# 在RouterB上创建VRRP备份组1，其在该备份组中的优先级为缺省值100。
[RouterB] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.111
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] quit

（3）验证配置结果
# 完成上述配置以后，在RouterA和RouterB上分别执行display vrrp命令，可以看到RouterA在备份组中的状态为Master，RouterB在备份组中的状态为Backup。

4.VRRP负载分担

HostA和HostC通过Switch双归属到RouterA和RouterB。用户希望HostA以RouterA为默认网关接入Internet，RouterB作为备份网关；HostC以RouterB为默认网关接入Internet，RouterA作为备份网关，以实现流量的负载均衡。
配置思路：
采用VRRP多网关负载分担实现流量的负载均衡，配置思路如下：
（1）配置各设备接口IP地址及路由协议，使各设备间网络层连通。
（2）在RouterA和RouterB上创建VRRP备份组1和VRRP备份组2，在备份组1中，配置RouterA为Master设备，RouterB为Backup设备；在备份组2中，配置RouterB为Master设备，RouterA为Backup设备，实现流量的负载均衡。
配置步骤：
（1）配置设备间的网络互连
# 配置设备各接口的IP地址，以RouterA为例。RouterB和RouterC的配置与RouterA类似，详见配置文件。

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname RouterA
[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] undo portswitch
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] ip address 192.168.1.1 24
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit
[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] undo portswitch
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] ip address 10.1.1.1 24
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit

# 配置RouterA、RouterB和RouterC间采用OSPF协议进行互连。以RouterA为例，RouterB和RouterC的配置与RouterA类似，详见配置文件。

[RouterA] ospf 1
[RouterA-ospf-1] area 0
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.1.1.0 0.0.0.255
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] quit
[RouterA-ospf-1] quit

（2）配置VRRP备份组
# 在RouterA和RouterB上创建VRRP备份组1，配置RouterA的优先级为120，抢占延时为20秒；RouterB的优先级为缺省值。

[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.111
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 priority 120
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit
[RouterB] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.111
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] quit

# 在RouterA和RouterB上创建VRRP备份组2，配置RouterB的优先级为120，抢占延时为20秒；RouterA的优先级为缺省值。
[

RouterB] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 2 virtual-ip 10.1.1.112
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 2 priority 120
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 2 preempt-mode timer delay 20
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] quit
[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 2 virtual-ip 10.1.1.112
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit

（3）验证配置结果
#在RouterA上执行display vrrp命令，可以看到RouterA在备份组1中作为Master设备，在备份组2中作为Backup设备。
# 在RouterB上执行display vrrp命令，可以看到RouterB在备份组1中作为Backup设备，在备份组2中作为Master设备。

5.VRRP监视上行接口

局域网主机通过Switch双归属到部署了VRRP备份组的RouterA和RouterB，其中RouterA为Master。
用户希望当RouterA的上行接口GE1/0/0状态Down时，VRRP备份组能够及时感知并进行主备切换，由RouterB接替作为网关继续承担业务转发，以减小接口状态Down对业务传输的影响。
配置思路：
采用VRRP与接口状态联动实现对上行接口故障的感知及主备网关的切换，配置思路如下：
（1）配置各设备接口IP地址及路由协议，使网络层路由可达。
（2）在RouterA和RouterB上配置VRRP备份组。其中，RouterA上配置较高优先级，作为Master设备承担业务转发；RouterB上配置较低优先级，实现冗余备份。
（3）在RouterA上配置VRRP与接口状态联动，监视上行接口GE1/0/0，实现RouterA到RouterC间链路故障时，VRRP备份组及时感知并进行主备切换。
操作步骤：
（1）配置设备间的网络互连
# 配置设备各接口的IP地址，以RouterA为例。RouterB和RouterC的配置与RouterA类似，详见配置文件。

<Huawei> system-view
[Huawei] sysname RouterA
[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] undo portswitch
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] ip address 10.1.1.1 24
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit
[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] undo portswitch
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] ip address 192.168.1.1 24
[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit

# 配置RouterA、RouterB和RouterC间采用OSPF协议进行互连。以RouterA为例，RouterB和RouterC的配置与RouterA类似，详见配置文件。
[RouterA] ospf 1
[RouterA-ospf-1] area 0
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 10.1.1.0 0.0.0.255
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] network 192.168.1.0 0.0.0.255
[RouterA-ospf-1-area-0.0.0.0] quit
[RouterA-ospf-1] quit
（2）配置VRRP备份组
# 在RouterA上创建VRRP备份组1，配置RouterA在该备份组中的优先级为120，并配置抢占延时为20秒。

[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.3
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 priority 120
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit

# 在RouterB上创建VRRP备份组1，其在该备份组中的优先级为缺省值100。

[RouterB] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.3
[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] quit

（3）配置VRRP与接口状态联动
# 在RouterA上配置VRRP与接口状态联动，当监视的接口GE1/0/0状态Down时，RouterA的优先级降低40。

[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 track interface gigabitethernet 1/0/0 reduced 40   //优先级从120-40=80，小于RouterB默认的100优先级，所以RouterB变为Master设备
[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit

（4）验证配置结果
# 完成上述配置后，在RouterA和RouterB上分别执行display vrrp命令，可以看到RouterA为Master设备，联动的接口状态为Up，RouterB为Backup设备。