VRRP基础概念

回顾一下以前我们学习的网络通信基础，终端通过交换机可以相互进行通信，而如果是不同网段间的通信需要经过三层网关，网关进行路由寻址和转发，所以基本的网络结构就是终端--交换机--路由器网关--网络出口--Internet。

## 一、VRRP虚拟路由器冗余协议
局域网中的用户终端通常采用配置一个默认网关的形式访问外部网络，如果默认网关设备发生故障，那么所有用户终端访问外部网络的流量将会中断。那么怎样保障网关的高可用性呢？通过配置多个网关进行备份，但是我们知道每个路由器接口都需要配置一个IP地址作为终端的网关地址，那么如果是使用多个网关设备保障网关的高可用性怎样解决两个网关之间的冲突问题呢？

单网关面临的问题。

![传统网络单网关故障](/media/202408/2024-08-26_100357_8138120.8170088229980625.png)

解决的方法是通过把几台路由设备联合组成一台虚拟的"路由设备"，使用一定的机制保证当主机的下一跳路由设备出现故障时，及时将业务切换到备份路由设备，从而保持通讯的连续性和可靠性。

![VRRP架构](/media/202408/2024-08-26_100415_7031370.1475927098165154.png)

## 二、基本概念
**VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）** 是一种提供网络高可用性的技术。其核心原理是通过在一组路由器中选举出一台主路由器（Master）和若干台备份路由器（Backup），共同对外表现为一个具有唯一IP地址和MAC地址的虚拟路由器。这样，即使物理路由器发生故障，虚拟路由器依然可以继续工作，保证网络通信的连续性。

![VRRP路由器与VRID](/media/202408/2024-08-26_100430_8875530.7890431285864505.png)

**VRRP路由器：** VRRP路由器指的是运行VRRP协议的路由器，VRRP是配置在路由器的接口上的，而且也是**基于接口来工作**的。

**VRID：** 一个VRRP组（VRRP Group）由多台协同工作的路由器（的接口）组成，使用相同的VRID（Virtual Router Identifier，虚拟路由器标识符）进行标识。属于同一个VRRP组的路由器之间交互VRRP协议报文并产生一台虚拟"路由器"。一个VRRP组中只能出现一台Master路由器。也就是网关设备的组，通过在这个组里面选择主路由器和备份路由器，通过报文交互实现主备切换。

![虚拟路由器与IP地址](/media/202408/2024-08-26_100503_3371780.9658031061517314.png)

**虚拟路由器：** VRRP为每一个组抽象出一台虚拟"路由器"（Virtual Router），该路由器并非真实存在的物理设备，而是由VRRP虚拟出来的逻辑设备。一个VRRP组只会产生一台虚拟路由器。

**虚拟IP地址及虚拟MAC地址：** 虚拟路由器拥有自己的IP地址以及MAC地址，其中IP地址由网络管理员在配置VRRP时指定，一台虚拟路由器可以有一个或多个IP地址，通常情况下用户使用该地址作为网关地址。而虚拟MAC地址的格式是"0000-5e00-01xx"，其中xx为VRID。简单理解就是在VRID组里面虚拟出一个路由器网关，这个设备拥有虚拟的IP和MAC，通常使用该虚拟路由器作为网关。

![主路由器与备份路由器](/media/202408/2024-08-26_100519_6892380.02859360603693828.png)

**Master路由器：** "Master路由器"在一个VRRP组中承担报文转发任务。在每一个VRRP组中，只有Master路由器才会响应针对虚拟IP地址的ARP Request。Master路由器会以一定的时间间隔周期性地发送VRRP报文，以便通知同一个VRRP组中的Backup路由器关于自己的存活情况。

**Backup路由器：** 也被称为备份路由器。Backup路由器将会实时侦听Master路由器发送出来的VRRP报文，它随时准备接替Master路由器的工作。

**Priority：** 优先级值是选举Master路由器和Backup路由器的依据，优先级取值范围0-255，值越大越优先，值相等则比较接口IP地址大小，大者优先。

到这里其实就可以大致了解VRRP的工作原理了：使用多台路由器设备运行VRRP协议，创建一个VRRP组，通过配置优先级在VRRP组里面选择一个主路由器以及若干备份路由器，生成一个虚拟的路由器，拥有IP和MAC地址，使用该虚拟IP和MAC作为网关。当终端数据发往虚拟网关时，会转发到Master路由器，当Master路由器故障时会自动切换到备份路由器上工作。

## 三、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报文格式](/media/202408/2024-08-26_100540_5807540.111771330720988.png)

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。
- VRRP协议号为112

## 四、VRRP定时器
在VRRP协议工作过程中，VRRP定义了两个定时器：
- ADVER_INTERVAL定时器：Master发送VRRP通告报文时间周期，缺省值为1秒。
- MASTER_DOWN定时器：Backup设备监听该定时器超时后，会变为Master状态。

MASTER_DOWN定时器计算公式如下：
- MASTER_DOWN =（3* ADVER_INTERVAL）+ Skew_time（偏移时间）
- 其中，Skew_Time=（256–Priority）/256

总结：本次简单了解一下VRRP的概念，在传统小型网络中缺省使用一个网关进行转发，当网关故障后则业务宕机，因此出现了VRRP，使用多台路由器设备组成一个群组使用VRID标识，每个VRRP组根据优先级选举出一个主路由器和若干个备份路由器，并且生成一个虚拟的网关设备拥有虚拟IP和MAC，通常使用该虚拟路由器的IP作为网关地址。VRRP报文使用组播224.0.0.18进行传递，缺省报文间隔为1秒。