虚拟路由器冗余协议vrrp原理的理解
VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)虚拟路由器冗余协议
作用
避免由于局域网网关单点故障而导致的网络中断，如下图，如果交换机与外网连接出现故障，则所有的pc都不能访问外部网络。
解决方法
在网络中增加两台路由器（或者三层交换机）部署vrrp，作为冗余的网关，如下图
VRRP特点
能让多台同属于一个广播域的网络设备能够协同工作，实现设备冗余。将多个路由器加入到同一个备份组中，形成一台虚拟路由器，如上图的AR1和AR2,就形成了一个备份组，虚ip为10.0.0.1，备份组中会区分Master主路由器和Backup备份路由器，一个备份组中只有Master路由器会承担数据流量的转发，当Master路由器出现故障时，其余的Backup路由器会选举出一个路由器接替Master的工作。如上图，如果AR1为Master路由器并且出现了故障，AR2就会变成Master接替AR1的工作，虚拟路由器就仍然正常工作，从而避免了单点故障导致的网络中断。
原理简介
VRRP是配置在路由器的接口上的，也是基于接口来工作的，一个VRRP组的路由器接口必须属于同一个广播域（如果是通过vlanif来配置的vrrp必须同vlan），否则VRRP报文无法正常交互。Master主路由器会使用固定的组播地址224.0.0.18有固定间隔时间发送vrrp报文，Backup路由器不会主动发送vrrp报文，如下图，路由器R1和R2的GE 0/0/0接口配置并开启了VRRP，ip都为10.0.0.0\24网段，如果AR1为Master路由器，则会一直发送vrrp报文，LSW1二层交换机会记录对应的mac（mac地址为虚mac后面会讲）和端口，各pc将虚ip设置为自己的网关，那数据就会从GE 0/0/4口出去，如果R1发生了故障，backup路由器R2在一定的时间没有接收到通告报文（master_down定时器到期），R2就会变成master路由器，然后开始发送通告报文，此时LSW1二层交换机就会更新二层表项将虚mac重新对应到端口GE 0/0/5上，pc的数据流量就都会从GE 0/0/5出去到达R2。详细工作过程见后面的“工作过程”。
名词解释
- 虚拟路由器号（VRID）：范围为1~255，以区分不同的VRRP组
- vrrp组：一个vrrp组由多台协同工作的路由器组成，使用相同的VRID就称为一个VRRP组。
- Master和Backup路由器：Master路由器是承担网关功能的路由器，也称主路由器，在一个VRRP组中承担报文转发任务，每个VRRP组中只有一个Master路由器，其余都为Backup路由器。Backup路由器也称备份路由器，会实时侦听主路由器发送过来VRRP报文，会随时准备接替主路由器的工作。
- 虚拟路由器：VRRP每个组抽象出一台虚拟路由器，并非是真实存在的物理设备，而是由VRRP虚拟出来的逻辑设备，拥有自己的IP地址和Mac地址。
- 虚拟ip地址：虚拟路由器拥有虚拟的ip地址，自行配置，虚拟ip地址与接口ip同网段。
- 虚拟Mac地址：格式是0000-5e00-01xx，其中xx为VRID，例如当VRID为4时，虚Mac地址为0000-5e00-0104.
- IP地址拥有者：当接口IP地址与虚拟IP地址相同的路由器，优先级最高，直接为255
- 优先级：VRRP根据优先级来确定一个组中每台路由器的地位，取值范围为0~255，默认为100，可配置范围为1~254,优先级越大越可能成为主路由器，255是IP地址拥有者，0是系统保留作为特殊用途，优先级最低。
- 抢占模式：如果激活了抢占功能，当他发现收到的VRRP报文优先级低于自己，则切换到Master状态，自己变为主路由器。没激活抢占功能，就算收到优先级低于自己的通告报文，也不会发生角色变化。
状态机
一共有三种状态，initialize（初始状态），backup（备份状态），master（主状态）
initialize（初始状态）：配置vrrp后端口如果没up，则是初始状态。
backup（备份状态）：不参与数据转发工作，会接收Master发过来的vrrp报文，监控当前master路由器的状态，并随时准备接替主路由器的工作。
master（主状态）：承担数据转发任务，收到关于虚ip地址的arp请求予以虚拟mac地址进行回应，转发目的mac为虚拟mac地址的报文，周期性发送VRRP通告报文。
报文
认证类型：0代表无认证，1代表明文认证方式，2代表MD5认证方式，认证数据在IP Address数据之后。
定时器
master通告定时器：master路由器使用，报文advertisement interval字段所填充的值，缺省为1秒，该时间为master路由器周期性发送vrrp报文的间隔。
Master_down定时器：backup路由器使用，接收到vrrp报文会重置master_down定时器，如果超时，则认为当前master路由器已经失效，自己变为master路由器。定时器的值为三倍的通告时间+偏移时间，偏移时间为（256-vrrp优先级）X通告间隔时间 / 256
Master选举
注：我用ensp模拟器和华为交换机两个接口配vrrp，两个接口优先级相同，ip不同的情况下，总会出现都为master的情况，优先级相同时应该对比ip，ip大的为master。
开启抢占模式：
- backup路由器收到比自己优先级低的vrrp报文：丢弃收到报文，master_down定时器到期后，状态改变，自己变为master路由器。（华为是直接变成master，不会等定时器到期）
- backup路由器收到比自己优先级高的vrrp报文：重置master_down定时器，状态不做改变。
- backup路由器收到与自己优先级一样的vrrp报文：重置master_down定时器，不会对比ip大小，状态不做改变。
- master路由器收到比自己优先级低的vrrp报文：丢弃收到的报文，状态不做改变
- master路由器收到比自己优先级高的vrrp报文：立即切换到backup状态
- master路由器收到与自己优先级一样的vrrp报文：对比ip地址，ip地址越大的成为master
非抢占模式：
- backup路由器收到比自己优先级低的vrrp报文：重置master_down定时器，状态不做改变。
- backup路由器收到比自己优先级高的vrrp报文：重置master_down定时器，状态不做改变。
- backup路由器收到与自己优先级一样的vrrp报文：重置master_down定时器，状态不做改变。
- master路由器收到比自己优先级低的vrrp报文：状态不做改变。
- master路由器收到比自己优先级高的vrrp报文：立即切换到backup状态
- master路由器收到与自己优先级一样的vrrp报文：对比ip地址，ip地址越大的成为master
工作过程
1. 同时启动
R1，R2同时启动，此时他们状态都是initialize状态，接口up后，VRRP状态从initialize切换到backup状态，在master_down定时器超时之后切换到master状态，R1，R2同时都是master状态，开始发送vrrp报文，也会立即发送一个免费ARP报文，pc收到这个ARP报文后，就知道了虚拟ip与虚拟mac地址的对应关系。R1和R2同是master收到对方发送过来的vrrp报文，就会进行对比，因为优先级都是默认100，所以对比ip，R2的ip地址更大所以更优，R2状态不发生改变，R1状态变为backup，之后，R1不再发送vrrp报文，R2间隔1秒发送一次vrrp报文，交换机也会学习到关于该虚拟mac的mac表项，mac 0000-5e00-0101 对应GE 0/0/5 VLAN 1。状态稳定下来。
Pc要发送数据给外部网络，由于目的ip地址并不在本地网段中，因此将数据包发往自己的默认网关10.0.0.1，查询arp表后，发现网关ip对应mac地址0000-5e00-0101，于是为报文封装以太网帧头，改数据帧的目的mac是0000-5e00-0101。数据帧到达交换机，交换机查询mac表后，将该帧从GE0/0/5口转发给R2，由R2转发给外部网络。
R2发生故障，R1无法接收到VRRP报文时，在master_down定时器到期之后，R1将状态切换为master，立刻从GE0/0/0发送一个免费ARP报文，交换机的mac地址表将被立即刷新，mac 0000-5e00-0101 对应GE 0/0/4 VLAN 1。状态稳定下来。往后pc发往网关的数据就都会从R1转发给外部网络。
R2如果故障恢复，恢复正常，状态变为backup，R2如果开启了抢占模式且优先级更高，则会变为master，并立即发送arp报文（用于刷新交换机的mac地址表项），R1收到报文对比优先级，优先级相同对比ip大小，发现自己ip小，切换为backup状态。R2如果开启了抢占模式且优先级相同，状态依旧为backup（注意不会去比较ip，只有master路由器收到报文才会对比ip地址大小）。R2如果没开启抢占模式则状态依旧为backup。
2. R1率先启动
R1率先变为master，发送vrrp报文，R2如果开启了抢占模式且优先级更高，则会变为master，并立即发送arp报文（用于刷新交换机的mac地址表项），R1收到报文对比优先级，优先级相同对比ip大小，发现自己ip小，切换为backup状态。R2如果开启了抢占模式且优先级相同，状态依旧为backup（注意不会去比较ip，只有master路由器收到报文才会对比ip地址大小）。R2如果没开启抢占模式则状态依旧为backup。
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