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RFC 3768 VRRP
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1. VRRP 产生背景及应用环境
1.1
为什么要用
VRRP
VRRP(Virtual Router Redundancy Protocol)------虚拟路由器冗余协议,其最
新技术标准是 RFC3768。
为什么要用 VRRP 呢,主要是为了实现数据链路层互通设备的冗余备份功能,
我们来看图一:
图一(常规网络架构)
通过上图可以看到,常规的局域网一般都是多个终端接到交换机上,然后通过
单独的出口路由器连接到 Internet,这时候问题来了,如果这个出口路由器坏掉
了,那么整个上行的流量就会全部断掉,这就是传说中的单点故障。

RFC 3768 VRRP
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所以说我们要避免出现这种情况,本着冗余备份的思想,我们对上面的网络进
行物理改造,如下图:
图二(消除了单点故障的常规网络架构)
现在,这个网络一共有两个
Internet
出口,这样任何一个出口路由器出现故障
都不会导致终端用户的上行流量断掉。
另外一个问题出现了,我们怎么让终端
PC
知道局域网中有两个出口路由器,
并在其中一个出现故障后自动选择另外一个呢?可采用的方案包括让终端
PC
运
行动态路由协议,比如
RIP
、
OSPF
,或者
ICMP router Discovery client
(
DISC
),
或者指定一条静态缺省路由。
但是这三种实现方法都有其劣势及不可行之处,我们来具体分析一下。首先对
于在每一个终端
PC
上运行动态路由协议来讲,几乎是不可能的,这其中牵涉到
网管的技术能力和日常维护、安全性问题、以及某些终端平台不支持动态路由协
议,比如我们常用的
XP
、
Windows7
都不支持,而
windows Server
系列
OS
支持。
假定我们在终端
PC
上部署了动态路由协议,那么每一个终端用户都会遇到下
面这种情况:
10086
:尊敬的用户您好,申报
RIP
故障请按
1
,申报
OSPF
故障请按
2
,申报
ISIS
故障请按
3……….
用户:
(
⊙
o
⊙
)
啊!我家是
OSPF
,按
2
。

RFC 3768 VRRP
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10086
:您好,您申报的故障是
OSPF
,请进一步选择,
OSPF
邻居无法建立请按
1
,
OSPF
密钥不对请按
2
,链路状态数据库异常请按
3
,路由表错误请按
4…………..
用户:
(
⊙
o
⊙
)
啊!
……………
然后吐血身亡
………….
所以说,
N
多现实问题和困难导致在终端
PC
上部署动态路由协议具有不可行性。
那么对于在终端
PC
上部署
DISC
等邻居或路由器发现协议呢?也存在种种问
题,例如在网络内存在大量主机,每一台都需要运行
DISC
,除了增加主机的处
理负担外,也会导致协议收敛缓慢,从而不能及时发现不可用邻居路由器,产生
路由黑洞,这是不可接受的。
现在只剩下在终端
PC
上配置静态缺省路由了(其具体表现形式一般是设置网
关),这是几乎每一个
IP
平台都支持的配置功能,即使是一部
IP
电话机,根据
这个思路,我们在终端上配置多个默认网关即可实现路由备份了,但是存在以下
两个问题:
1.
对于下行设备是
PC
来讲,配置了多个默认网关之后,其中一个会作为活动
默认网关,其它的作为备份默认网关,其按照下列过程执行流量转发和失效
网关检测:
当
TCP/IP
在通过活动默认网关向某个目标
IP
地址进行
TCP
通信时,如果失败
的尝试次数达到
TcpMaxDataRetransmissions
注册表值
(
默认为
5)
的一半
(
即
3
次
)
还没有收到响应,
TCP/IP
将到达该目标
IP
地址的通信改为使用列表中的下一默
认网关,这一步是通过更改该远程
IP
地址的路由缓存项(
Route Cache Entry
,
RCE
)来实现的,从而使用列表中的下一个默认网关来作为下一跳地址。其中
RCE
是路由表中的一个条目,用于存储目的地的下一跳
IP
地址。当超过
25%
的
TCP
连接转向下一默认网关时,
TCP/IP
将活动默认网关修改为这些连接当前使
用的默认网关。
如果此时原始默认网关从故障中回复,
TCP/IP
将继续使用当前的活动默认
网关,而不会转移到原始默认网关,除非重启计算机。如果当前的活动默认网关
也出现故障,那么
TCP/IP
就会继续尝试使用列表中的下一个默认网关,在尝试
完整个列表后将返回到列表的开始,又从第一个默认网关开始进行尝试。
死网关检测仅监视
TCP
流量,如果其他类型的流量连接失败,不会切换默
认网关。另外
TCP
是端到端的协议,因此即使当前默认网关完全正常,本地计
算机的
TCP
通信失败也可能会导致切换默认网关。
当不同网络接口所连接的网络之间没有连接性时
(
如一个网络接口连接到
Internet
,而一个网络接口连接到内部网络
)
,如果在多个网络接口上同时配置默
认网关,在活动默认网关出现故障导致切换默认网关时,就可能会引起连接性故
障。比如活动默认网关为
Internet
连接,当它出现问题时,此时默认网关切换为
内部连接,此时,本地计算机将无法再访问位于
Internet
连接上的主机。对于这
种情况,微软建议使用
route add
来添加对应目的网络的匹配路由,而不是设置
多个默认网关,这其实就是最长匹配原则,精确路由优先于缺省路由。
2
.对于下行设备是路由器的情况,其不会切换默认路由,只会按照配置好的缺
省路由优先级进行流量转发,从而导致路由黑洞。

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结合上面两个原因,在网络出口路由器的下行设备上配置缺省路由的方法也不可
行。
综上所述,要想消除单点故障,又同时实现下行设备在故障发生时的流量无障
碍转发,以上的三个方法均不可行,所以人们开发出了一种全新的协议:
VRRP
,
这种协议无需下行设备与出口路由器进行交互性操作,却完全实现了网络出口的
冗余备份,下一节,我们就来详细讨论下
VRRP
的基本原理及实现过程。
2.VRRP 基本原理及实现过程
2.1 VRRP
基本概念
VRRP 路由器:运行 VRRP 协议一个或多个实例的路由器
虚拟路由器:由一个 Master 路由器和多个 Backup 路由器组成。其中,无论 Master
路由器还是 Backup 路由器都是一台 VRRP 路由器,下行设备将虚
拟路由器当做默认网关。
VRID:虚拟路由器标识,在同一个 VRRP 组内的路由器必须有相同的 VRID,
其实 VRID 就相当于一个公司的名称,每个员工介绍自己时都要包含公
司名称,表明自己是公司的一员,同样的道理,VRID 表明了这个路由
器属于这个 VRRP 组。
Master 路由器:虚拟路由器中承担流量转发任务的路由器
Backup 路由器:当一个虚拟路由器中的 Master 路由器出现故障时,能够代替
Master 路由器工作的路由器
虚拟 IP 地址:虚拟路由器的 IP 地址,一个虚拟路由器可以拥有一个或多个虚拟
IP 地址。
IP 地址拥有者:接口 IP 和虚拟路由器 IP 地址相同的路由器就叫做 IP 地址拥有
者。
主 IP 地址:从物理接口设置的 IP 地址中选择,一个选择规则是总是选用第一个
IP 地址,VRRP 通告报文总是用主 IP 地址作为该报文 IP 包头的
源 IP。
虚拟 MAC 地址:组成方式是 00-00-5E-00-01-{VRID},前三个字节 00-00-5E 是
IANA 组织分配的,接下来的两个字节 00-01 是为 VRRP 协议指定的,最后的
VRID 是虚拟路由器标识,取值范围[1,255]
2.2 VRRP
报文组成
下面我们来看 VRRP 报文的具体组成:
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