VRRP技术.docx

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VRRP技术

VRRP技术手册

目录

第1章简介1

第2章VRRP协议相关术语解析2

第3章VRRP协议介绍3

3.1VRRP在TCP/IP协议栈中的基本层次结构3

3.2VRRP的报文结构3

3.3VRRP的工作流程概述4

3.4VRRP的功能特点7

第4章调试命令及调试信息8

第1章简介

本章主要讲述VRRP协议的原理及实现。

本章主要内容：

VRRP协议相关术语解析

VRRP协议介绍

调试命令及调试信息

第2章VRRP协议相关术语解析

VRRP――虚拟路由冗余协议（VirtualRouterRedundancyProtocol）。

Master――VRRP的一个状态，活动路由器处于该状态，且保证相关IP报文的转发。

Backup――VRRP的一个状态，备份路由器处于该状态，且保证在活动路由器失效时，及时切换。

第3章VRRP协议介绍

VRRP是一种容错协议。

通常，一个网络内的主机设置一条缺省路由，这样，主机发出的目的地址不在本网段的报文将通过缺省路由发往路由器A，从而实现了主机与外部网络的通信。

当路由器A发生故障时，本网段内所有以A为缺省路由下一跳的主机将断掉与外部的通信。

VRRP就是为解决上述问题而提出的，它为具有多播或广播能力的局域网（如：

以太网）设计。

VRRP将局域网的一组路由器（包括一个MASTER和若干个BACKUP）组织成一个虚拟的路由器，称之为一个备份组。

这个虚拟的路由器（即备份组）拥有自己的IP地址，备份组内的路由器也有自己的IP地址。

局域网内的主机仅仅知道这个虚拟路由器的IP地址，而并不需要知道具体的MASTER路由器的IP地址以及BACKUP路由器的IP地址，它们将自己的缺省路由设置为该虚拟路由器的IP地址。

于是，网络内的主机就通过这个虚拟的路由器来与其它网络进行通信。

当备份组内的MASTER路由器坏掉时，备份组内的其它BACKUP路由器将会接替成为新的MASTER，继续向网络内的主机提供路由服务，从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信。

3.1VRRP在TCP/IP协议栈中的基本层次结构

VRRP报文是一种IP报文，协议号是112（0x70）。

3.2VRRP的报文结构

VRRP的报文结构如下：

Verion：

版本号。

等于2。

Type：

报文类型等于1，表示ADVERTISEMENTS

VRID：

接口配置的vrid，VirtualRouterIdentifier（VRID）。

Priority：

接口上配置的priority。

拥有虚拟IP地址的路由器（VIP等于接口IP的路由器），priority等于255，其余路由器只能为1～254，缺省是100。

CountIPAddr：

虚拟IP地址的个数，一般等于1。

AuthType：

认证类型。

0－无认证，AuthData字段全为0。

1－简单文本认证。

2－MD5认证。

AdvertiseInterval：

ADVERTISEMENT发出的周期，以秒为单位。

缺省是1秒。

IPAddress：

虚拟IP地址。

Checksum：

校验和；

AuthData：

最多8个字符，不足8个补0。

3.3VRRP的工作流程概述

简单来说，VRRP是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器坏掉时，可以及时的由另一台路由器来代替，从而保持通讯的连续性和可靠性。

为了使VRRP工作，要在路由器上配置虚拟路由器号和虚拟IP地址，这样在这个网络中就加入了一个虚拟路由器。

而网络上的主机与虚拟路由器通信，无需了解这个网络上物理路由器的任何信息。

一个虚拟路由器由一个主路由器和若干个备份路由器组成，主路由器实现真正的转发功能。

当主路由器出现故障时，一个备份路由器将成为新的主路由器，接替它的工作。

VRRP中只定义了一种报文——VRRP报文，这是一种多播报文，由主路由器定时发出来通告它的存在，使用这些报文可以检测虚拟路由器各种参数，还可以用于主路由器的选举。

VRRP中定义了三种状态模型：

初始状态（Initialize）、活动状态（Master）、备份状态（Backup）。

其中，只有活动状态可以为经过虚拟IP地址的转发请求提供服务。

RFC2338中规定的VRRP协议是在Cisco的私有协议HSRP协议的基础上制定出来的。

但是VRRP简化了HSRP提出的机制，尽量减少了由提供冗余功能给网络带来的额外负载，例如HSRP规定虚拟路由器有六种状态，而在VRRP中只有三种，从而减少协议的复杂度；在稳定状态下，HSRP中有两种状态可以发送报文，而VRRP中只有Master状态的路由器可以发送报文，而且报文也只有一种,减少带宽占有；HSRP报文是基于UDP，而VRRP报文是封装在IP报文上的；同时VRRP还支持将虚拟IP地址复用真实接口IP地址。

VRRP路由器，通过VRID来形成不同的虚拟路由器。

在组成一个虚拟路由器的多个路由器中，它们分为主路由器和备份路由器。

在VRRP路由器中，需要通过一定的规则来确定主、备份虚拟路由器。

下面就是它们选举的规则：

1）根据优先级的大小选举主路由器，优先级最大的为主路由器，状态为Master，若优先级相同，则比较接口的宿主IP地址，宿主IP地址大的就成为主路由器。

2）其它路由器作为备份路由器，随时监测主路由器的状态。

当主路由器正常工作时，它会定时发送一个VRRP多播报文（224.0.0.18），以通知组内的备份路由器其自身处于正常工作状态。

如果组内的备份路由器长时间没有接收到来自主路由器的报文，则将自己状态转为Master。

当组内有多台备份路由器时，将有可能产生多个主路由器。

这时每一个主路由器就会比较VRRP报文中的优先级和自己本地的优先级，如果本地的优先级小于VRRP中的优先级，则将自己的状态转为Backup，否则保持自己的状态不变。

通过这样一个过程，就会将优先级最大的路由器选成新的主路由器，完成VRRP的备份功能。

虚拟路由器的状态分为三种状态：

初始化状态（Initialize），活动状态（master），备份状态（backup）。

MASTER状态

必须响应对虚拟路由器IP地址的ARP请求，并且ARP的响应为虚拟路由器IP地址对应的MAC地址；

负责转发经过虚拟IP的相关报文；

不能接收目的IP＝虚拟路由器IP的数据报（除非是IP地址拥有者）；

必须接收以相关IP地址为目的地的报文（如果是IP地址的拥有者）；

必须发送，接收协议报文（组播）；

在由其它状态变为master的时候，发送免费ARP报文。

BACKUP状态

不能响应对虚拟路由器IP地址的ARP请求；

不能接收目的IP地址＝虚拟路由器IP地址的报文；

不能发送协议报文；必须接收协议报文（组播）。

INITIALIZE状态

除响应startup，不作任何操作。

三种状态转换如下：

3.4VRRP的功能特点

VRRP具有以下功能特点：

网关备份，使多个路由器分享一个IP地址，防止多点接入的单点失效，使网络黑洞最小化。

这是VRRP的主要功能。

负载均衡，其是VRRP附加值极高的一个功能。

通过多个虚拟路由器备份多个网关，终端分别设置不同虚拟路由器的IP地址，可以实现负载均衡。

安全性扩展，VRRP协议报文的交互可以通过安全认证的方式，扩展起安全性。

VRRP定义了三种认证方式：

无认证（noauthentication）、简单字符认证（simplecleartextpasswords）和MD5认证（MD5）。

在一个安全的网络中，可以将认证方式设置为NO，路由器对要发送的VRRP报文不进行任何认证处理，而收到VRRP报文的路由器也不进行任何认证就认为是一个真实合法的VRRP报文，这种情况下，不需要设置认证字。

在一个有可能受到安全威胁的网络中，可以将认证方式设置为SIMPLE，则发送VRRP报文的路由器就会将认证字填入到VRRP报文中，而收到VRRP报文的路由器会将收到的VRRP报文中的认证字和本地配置的认证字进行比较，相同则认为是真实的，合法的VRRP报文，否则认为是一个非法的报文，将会丢弃。

在一个非常不安全的网络中，可以将认证方式设置为MD5，这样，路由器就会利用AuthenticationHeader提供的认证方式和MD5算法来对VRRP报文进行认证。

第4章调试命令及调试信息

1.报文调试

debugvrrppacket

该命令用来打印vrrp报文的信息。

9:

54:

48:

VRRP1:

Sendadvertisementpriority100

表示路由器发出了VRRP报文，VRID等于1，优先级是100。

1d14h:

VRRP:

fastethernet0receivepacketfrom128.255.17.54

1d14h:

VRRP:

Version2,Type1,Vrid1,Priority100,AuthType0,Adver_Interval1

表示路由器从f0口收到了vrrp报文，报文内容也详细显示出来。

2.事件调试

debugvrrpevents

通过此命令可以详细观察出VRRP路由器的状态变化。

20:

00:

18:

%LINEPROTO-5-UPDOWN:

LineprotocolonInterfacefastethernet0,changedstatetodown

20:

00:

18:

VRRP:

fastethernet0happenUP/DOWN

20:

00:

18:

VRRP1:

Shutdowneventhappen

20:

00:

18:

VRRP1:

ChangestatetoINIT

VRRP转变为INIT状态。

20:

00:

28:

%LINEPROTO-5-UPDOWN:

LineprotocolonInterfacefastethernet0,changedstatetoup

20:

00:

28:

VRRP:

fastethernet0happenUP/DOWN

20:

00:

28:

VRRP1:

Startupeventhappen

20:

00:

28:

VRRP1:

ChangestatefromINITtoBACKUP

VRRP转变为BACKUP状态。

20:

03:

32:

VRRP1:

Timeouteventhappend

20:

03:

32:

VRRP1:

ChangestatefromBACKUPtoMASTER

VRRP转变为MASTER状态。