VRRP工作原理与选举过程

## 一、VRRP工作原理
前面我们大概了解了VRRP的一些基础概念，现在开始学习VRRP的技术原理。VRRP的选举及工作步骤：
- 确定网关地址
- 选举主备
- 主设备发送VRRP报文通知Backup设备
- 主设备响应终端ARP并维持在Master状态
- 终端正常发送报文到网关进行转发

因为我们前面大致说了在VRRP中网关IP可以是虚拟IP和MAC地址，因此我们需要确定网关IP是使用虚拟IP地址或者使用物理的接口地址，选择不同也会有些许差异，一般正常情况下使用虚拟IP进行响应。

VRRP只有一种报文**Advertisement报文**，多个路由设备通过发送Advertisement报文进行主备选举，在报文携带**VRRP版本**、**VRRP组ID**、**VRRP优先级**、**VRRP虚拟网关地址**进行比较，先比较优先级，优先级大的优先，优先级相等则比较接口IP地址，IP地址大的优先，**缺省优先级为100**。

## 一、VRRP状态变化
VRRP协议状态机有三种状态：Initialize（初始状态）、Master（活动状态）、Backup（备份状态）。

![VRRP状态变化](/media/202408/2024-08-29_171357_1680880.7101679672655582.png)

初始化状态就是在设备上配置完成时的状态，Master状态为主设备的状态，Nackup状态为备份设备的状态，备份设备会监听主设备发送的Advertisement报文，当定时器超时都没有收到主设备的报文时则备份设备切换为Master状态。

**Master状态**：
- 定期（ADVER_INTERVAL）发送VRRP报文。
- 以虚拟MAC地址响应对虚拟IP地址的ARP请求。
- 转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。
- 默认允许ping通虚拟IP地址。
- 当多台设备同时为Master时，若设备收到与自己优先级相同的报文时，会进一步比较IP地址的大小。如果收到报文的源IP地址比自己大，则切换到Backup状态，否则保持Master状态。

**Backup状态**：
- 接收Master设备发送的VRRP报文，判断Master设备的状态是否正常。
- 对虚拟IP地址的ARP请求，不做响应。
- 丢弃目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。
- 丢弃目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文。
- 如果收到优先级和自己相同或者比自己优先级大的报文时，重置MASTER_DOWN定时器，不进一步比较IP地址的大小。

## 二、VRRP主备选举
### 2.1 当VRRP优先级不相等时主备选举过程
VRRP选举工作步骤，当优先级不一样时根据VRRP定时器的计算规则优先级大的切换为Master的时间较短。

![优先级不相等的主备选举](/media/202408/2024-08-29_171413_4658400.9257699090837891.png)

1. 确定网关IP地址为192.168.1.254，地址不是物理实际IP地址因此需要进行主备选举。
2. R1的接口VRRP优先级为200，R2的接口VRRP优先级为100，两台设备完成初始化后首先切换至Backup状态。
3. R1与R2根据各自MASTER_DOWN定时器超时时间由Backup切换到Master状态，所以R1比R2更快切换至Master状态。
4. R1和R2通过相互发送VRRP报文进行Master选举，优先级高的被选举为Master设备，因此R1被选为Master路由器 。
5. R1被选举为Master路由器后，状态切换为Master状态，立即发送免费ARP报文，后续终端发往192.168.1.254的报文会有R1进行响应回复给终端实现网络通信。

### 2.2 VRRP优先级相等时主备选举过程
优先级相同的同时为master,然后交互VRRP报文，根据IP地址大的为master。

![优先级相等](/media/202408/2024-08-29_171430_5661150.09550664793213737.png)

1. R1与R2的GE0/0/0接口VRRP优先级都是200，两台设备完成初始化后首先切换至Backup状态。
2. 由于优先级相同，R1与R2的MASTER_DOWN定时器超时后，同时由Backup状态切换至Master状态。
3. R1与R2交换VRRP报文，优先级一样，通过比较接口IP地址选举Master路由器，由于R2的接口IP地址大于R1的接口IP地址，因此R2被选举为Master路由器。
4. R2被选举为Master路由器后，立即发送免费ARP报文将虚拟MAC地址通告给与它连接的设备和主机。

### 2.3 配置为IP地址拥有者时主备选举过程：
在VRRP选举中有一种情况可以不进行主备选举，直接切换到Master状态：

1. R1与R2的GE0/0/0接口VRRP优先级都采用默认配置（默认为100），但是R1的GE0/0/0接口IP地址与Virtual IP地址相同。
2. R1的GE0/0/0接口直接切换至Master状态，R1成为Master路由器。
3. 无法手动将VRRP接口优先级配置为255，当接口IP地址为IP地址拥有者时，优先级自动成为255。

![网关地址为物理接口地址](/media/202408/2024-08-29_171451_5618470.02004802982482956.png)

总结：VRRP只有一种报文Advertisement报文。VRRP状态有3种：Initialize（初始状态）、Master（活动状态）、Backup（备份状态）。当接口地址为虚拟网关地址时，直接切换为Master状态，否则需要等待定时器超时进行主备选举；当优先级不同时优先级大的优先成为主设备；当优先级相同时接口IP地址大的优先成为主设备。