VRRP（虚拟路由器冗余协议）概述

　　随着Internet的发展，基于对网络应用的增多，人们对网络的可靠性的要求越来越高。斥资对所有网络设备进行更新当然也是一种很好的可靠性解决方案，但本着保护现有投资的角度考虑，可以采用廉价冗余的思路，在可靠性和经济性方面找打平衡点。虚拟路由冗余协议就是一种很好的解决方案。今天我们就来学习这方面的知识，一起来看看吧!

　　1、协议概述

　　在基于TCP/IP协议的网络中，为了保证不直接物理连接的设备之间的通信，必须指定路由。目前常用的指定路由的方法有两种：一种是通过路由协议(比如：内部路由协议RIP和OSPF)动态学习;另一种是静态配置。在每一个终端都运行动态路由协议是不现实的，大多客户端操作系统平台都不支持动态路由协议，即使支持也受到管理开销、收敛度、安全性等许多问题的限制。因此普遍采用对终端IP设备静态路由配置，一般是给终端设备指定一个或者多个默认网关(Default Gateway)。静态路由的方法简化了网络管理的复杂度和减轻了终端设备的通信开销，但是它仍然有一个缺点：如果作为默认网关的路由器损坏，所有使用该网关为下一跳主机的通信必然要中断。即便配置了多个默认网关，如不重新启动终端设备，也不能切换到新的网关。采用虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)可以很好的避免静态指定网关的缺陷。

　　在VRRP协议中，有两组重要的概念：VRRP路由器和虚拟路由器，主控路由器和备份路由器。VRRP路由器是指运行VRRP的路由器，是物理实体，虚拟路由器是指VRRP协议创建的，是逻辑概念。一组VRRP路由器协同工作，共同构成一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。处于同一个VRRP组中的路由器具有两种互斥的角色：主控路由器和备份路由器，一个VRRP组中有且只有一台处于主控角色的路由器，可以有一个或者多个处于备份角色的路由器。VRRP协议使用选择策略从路由器组中选出一台作为主控，负责ARP相应和转发IP数据包，组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。当由于某种原因主控路由器发生故障时，备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器。由于此切换非常迅速而且不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明的。

　　2、VRRP的基本概念

　　下图就是与VRRP协议相关的基本概念：

　　3、VRRP的工作原理

　　VRRP将局域网的一组路由器构成一个备份组，相当于一台虚拟路由器。局域网内的主机只需要知道这个虚拟路由器的IP地址，并不需知道具体某台设备的IP地址，将网络内主机的缺省网关设置为该虚拟路由器的IP地址，主机就可以利用该虚拟网关与外部网络进行通信。

　　VRRP将该虚拟路由器动态关联到承担传输业务的物理路由器上，当该物理路由器出现故障时，再次选择新路由器来接替业务传输工作，整个过程对用户完全透明，实现了内部网络和外部网络不间断通信。

　　如上图所示，虚拟路由器的组网环境如下：

　　•RouterA、RouterB和RouterC属于同一个VRRP组，组成一个虚拟路由器，这个虚拟路由器有自己的IP地址10.110.10.1。虚拟IP地址可以直接指定，也可以借用该VRRP组所包含的路由器上某接口地址。

　　•物理路由器RouterA、RouterB和RouterC的实际IP地址分别是10.110.10.5、10.110.10.6和10.110.10.7。

　　•局域网内的主机只需要将缺省路由设为10.110.10.1即可，无需知道具体路由器上的接口地址。

　　主机利用该虚拟网关与外部网络通信。路由器工作机制如下：

　　•根据优先级的大小挑选Master设备。Master的选举有两种方法：

　　•比较优先级的大小，优先级高者当选为Master。

　　•当两台优先级相同的路由器同时竞争Master时，比较接口IP地址大小。接口地址大者当选为Master。

　　•其它路由器作为备份路由器，随时监听Master的状态。

　　•当主路由器正常工作时，它会每隔一段时间(Advertisement_Interval)发送一个VRRP组播报文，以通知组内的备份路由器，主路由器处于正常工作状态。

　　•当组内的备份路由器一段时间(Master_Down_Interval)内没有接收到来自主路由器的报文，则将自己转为主路由器。一个VRRP组里有多台备份路由器时，短时间内可能产生多个Master，此时，路由器将会将收到的VRRP报文中的优先级与本地优先级做比较。从而选取优先级高的设备做Master。

　　从上述分析可以看到，主机不需要增加额外工作，与外界的通信也不会因某台路由器故障而受到影响。

　　4、VRRP报文结构

　　VRRP协议只有一种报文，即VRRP报文。VRRP报文用来将Master设备的优先级和状态通告给同一虚拟路由器的所有VRRP路由器。

　　VRRP报文封装在IP报文中，发送到分配给VRRP的IPv4组播地址。在IP报文头中，源地址为发送报文的主接口地址(不是虚拟地址或辅助地址)，目的地址是224.0.0.18，TTL是255，协议号是112。VRRP报文的结构如下图所示：

　　VRRP报文结构

　　各字段的含义：

　　•Version：协议版本号，现在的VRRP为版本2。

　　•Type：报文类型，只有一种取值，1，表示Advertisement。

　　•Virtual Rtr ID(VRID)：虚拟路由器ID，取值范围是1～255。

　　•Priority：发送报文的VRRP路由器在虚拟路由器中的优先级。取值范围是0～255，其中可用的范围是1～254。0表示设备停止参与VRRP，用来使备份路由器尽快成为主路由器，而不必等到计时器超时;255则保留给IP地址拥有者。缺省值是100。

　　•Count IP Addrs：VRRP广播中包含的虚拟IP地址个数。

　　•Authentication Type：验证类型，协议中指定了3种类型：

　　•0：Non Authentication

　　•1：Simple Text Password

　　•2：Reserved

　　各字段的含义：

　　•RFC2338中Authentication Type取值如下：

　　•0 - No Authentication

　　•1 - Simple Text Password

　　•2 - IP Authentication Header

　　•随后的RFC3768中将Authentication Type取值变更如下：

　　•0 - No Authentication

　　•1 - Reserved

　　•2 - Reserved

　　说明：

　　变更的原因：实践和分析证明，这些认证方式不能提供真正的安全。而限制TTL=255可以阻止大多数对本地脆弱性的攻击。

　　•实现了Simple Text Password认证方式

　　•Advertisement Interval：发送通告报文的时间间隔，缺省为1秒。

　　•Checksum：校验和。

　　•IP Address(es)：虚拟路由器IP地址，地址个数是Count IP Addrs的值。

　　•Authentication Data：验证字，目前只有明文认证才用到该部分，对于其它认证方式，一律填0。

　　5、应用实例

　　最典型的VRRP应用：RTA、RTB组成一个VRRP路由器组，假设RTB的处理能力高于RTA，则将RTB配置成IP地址所有者，H1、H2、H3的默认网关设定为RTB。则RTB成为主控路由器，负责ICMP重定向、ARP应答和IP报文的转发;一旦RTB失败，RTA立即启动切换，成为主控，从而保证了对客户透明的安全切换。

　　在VRRP应用中，RTA在线时RTB只是作为后备，不参与转发工作，闲置了路由器RTA和链路L1。通过合理的网络设计，可以到达备份和负载分担双重效果。让RTA、RTB同时属于互为备份的两个VRRP组：在组1中RTA为IP地址所有者;组2中RTB为IP地址所有者。将H1的默认网关设定为RTA;H2、H3的默认网关设定为RTB。这样，既分担了设备负载和网络流量，又提高了网络可靠性。

　　VRRP协议的工作机理与Cisco公司的HSRP(Hot Standby Routing Protocol)有许多相似之处。但二者主要的区别是在CISCO的HSRP中，需要单独配置一个IP地址作为虚拟路由器对外体现的地址，这个地址不能是组中任何一个成员的接口地址。

　　使用VRRP协议，不用改造目前的网络结构，最大限度保护了当前投资，只需最少的管理费用，却大大提升了网络性能，具有重大的应用价值。对于VRRP协议的学习就到这了，希望大家能够掌握，对您的学习有所帮助。