1619 字
8 分钟
VRRP协议
VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）是一种 用于提高网络可靠性的标准化协议 （RFC 5798）。其核心目的是解决 默认网关（Default Gateway）的单点故障问题 ，确保即使主网关设备失效，终端用户也能 无感知地切换到备用网关 ，实现网络流量的不间断传输。
核心目标与工作原理
- 核心问题：
- 在网络中，终端设备（如 PC、服务器）通常配置一个 默认网关 地址作为访问外部网络的出口。
- 如果承载该网关地址的物理路由器（网关设备）出现故障（硬件、软件、链路），所有依赖该网关的终端网络连接将中断。
- VRRP 解决方案：
- VRRP 将一组物理路由器（通常是 2 台或更多）组成一个 备份组（VRRP Group）。
- 这组路由器共同虚拟出一个 虚拟路由器（Virtual Router）。
- 虚拟路由器拥有自己的 虚拟 IP 地址（Virtual IP, VIP） 和 虚拟 MAC 地址（Virtual MAC）。这个 VIP 就是终端设备配置的默认网关地址 。
- 备份组内的路由器分为两种角色：
- 主用路由器（Master Router）： 负责 实际转发 发送到虚拟 IP 和 MAC 地址的数据流量。它定期发送 VRRP 通告（Advertisement）报文告知备份组其他成员自己存活。
- 备用路由器（Backup Router(s))： 监听 Master 发送的通告报文。如果在一段时间（由
Advertisement Interval和Master_Down_Interval决定）内未收到通告，则认为 Master 失效，优先级最高的 Backup 会自动接替成为新的 Master，接手流量转发。
关键特性与概念
- 虚拟 IP 与 MAC：
- 虚拟 IP（VIP）： 由管理员指定，是终端的默认网关地址。它通常属于备份组中某台物理路由器的真实接口地址（但 不必 是该 Master 的地址，可以是该子网中未被其他设备使用的一个地址）。
- 虚拟 MAC： 根据协议标准自动生成（格式为
00-00-5E-00-01-{VRID}）。主用路由器使用此 MAC 进行 ARP 响应和流量转发。
- 优先级（Priority）与抢占（Preemption）：
- 优先级： 每台路由器在备份组中配置一个优先级（1-255，值越大越优先）。
- Master 失效后，优先级最高的 Backup 成为新 Master。
- 初始 Master 选举通过比较优先级实现（高者胜），优先级相同时，比较接口主 IP 地址大小（大者胜）。
- 抢占：
- 启用抢占（默认启用）： 当原 Master 从故障中恢复（优先级高于当前 Master），它会重新发起选举并抢占回 Master 角色。
- 禁用抢占： 当前 Master 将维持角色，即使原 Master 恢复且优先级更高。
- 优先级： 每台路由器在备份组中配置一个优先级（1-255，值越大越优先）。
- 状态机与通告：
- 状态： VRRP 设备在三个主要状态间转换：
Initialize,Master,Backup。 - 通告报文：
- 由 Master 周期性 （默认 1 秒，可调整）向组播地址
224.0.0.18发送，目的端口112。 - 包含备份组号、路由器的优先级、通告间隔、虚拟 IP 列表等关键信息。
- 由 Master 周期性 （默认 1 秒，可调整）向组播地址
- 失效检测：
- Backup 通过监听通告报文判断 Master 存活。如果在
Master_Down_Interval（通常 = 3 * 通告间隔 + Skew_Time）内未收到通告，则触发主备切换。
- Backup 通过监听通告报文判断 Master 存活。如果在
- 状态： VRRP 设备在三个主要状态间转换：
- 工作模式：
- 标准模式（主备模式）：
- 最常见模式。
- 一个 Master 负责转发流量，Backup 处于热备份状态（仅监听通告）。
- 资源利用率低，但切换可靠。
- 负载均衡模式（多 VRRP 组）：
- 创建多个 VRRP 备份组（多个 VIP）。
- 不同组的主路由器角色分散在不同物理路由器上，实现网关流量的负载分担。
- 终端需要配置不同默认网关（VIP）。
- 监视接口/IP（Tracking）：
- 主路由器可监视其上/下行接口状态、直连路由或对象（如 IP SLA 探针结果）。
- 若被监视项失效（如上行接口断开），主路由器会 降低自身优先级 （通常低于某个设定值，如 100），触发抢占或选举，使备用路由器接管。
- 标准模式（主备模式）：
- 协议版本：
- VRRPv2（RFC 3768）： 仅支持 IPv4。
- VRRPv3（RFC 5798）： 支持 IPv4 和 IPv6（使用不同组播地址：
FF02:0:0:0:0:0:0:12），引入更多安全认证选项。
应用场景与优势
- 消除网关单点故障： 确保企业网络出口、数据中心接入层或汇聚层网关的可靠性。
- 透明切换（高可用性）： 主备切换对终端用户 完全透明 ，无需修改终端配置。
- 提升网络稳定性： 减少因网关故障导致的大面积业务中断。
- 简化管理： 终端统一配置虚拟网关（VIP），物理设备变更（如升级、替换）无需更改终端配置。
与类似协议（如 HSRP）的区别
- VRRP 是 IETF 标准（RFC），跨厂商支持良好。
- HSRP（Hot Standby Router Protocol）是 思科私有协议 （仅思科设备支持），功能与 VRRPv2 类似但实现细节不同（如地址格式、报文格式、端口号等）。
- 两者在核心目标（网关冗余）和基本工作原理上非常相似。
与 BFD 联动的重要性
- BFD 的毫秒级故障检测能力可用于加速 VRRP 的主备切换。当监视 Master 上行链路状态的 BFD 会话
Down时，触发 Master 主动降低优先级或发送0优先级通告（快速宣告自身失效），使得 VRRP 切换时间从秒级（如 3 秒）减少到毫秒级（如 50ms）， 极大提升业务连续性 。
配置示例（在 Linux 上）
使用 Keepalived 配置 VRRP：
vrrp_instance VI_1 { state MASTER interface eth0 virtual_router_id 50 priority 100 advert_int 1 authentication { auth_type PASS auth_pass 1234 } virtual_ipaddress { 192.168.1.1 }}相关工具
- Keepalived（用于 Linux 上的 VRRP 实现）
- HAProxy（与 VRRP 常结合使用）
总结
VRRP 相当于为网关设备创建了一个 虚拟的、永不宕机的“替身”。终端用户只需要认识这个“替身”（虚拟 IP/MAC）。当一台真实的网关设备（主用）正常工作，“替身”由它扮演。当它倒下时，“替身”的角色会自动无缝切换给另一台真实的网关设备（备用）。这正是 网络高可用性的核心实现方式之一 ，在数据中心、企业网边界/核心广泛部署。