一、VRRP技术
1. 课程目标
- 掌握内容：VRRP基本概念和工作原理、VRRP报文和状态机、VRRP的配置方法
2. 什么是VRRP
1）VRRP的定义与功能
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协议全称：Virtual Router Redundancy Protocol（虚拟路由器冗余协议）
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标准依据：RFC 3768定义的容错协议
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核心功能：将多个物理路由器组成备份组，形成一台虚拟路由器承担网关功能
2）VRRP的工作逻辑
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组网方式：将两个三层交换机/路由器加入备份组形成逻辑设备
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地址关系：
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虚拟路由器拥有独立IP地址
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虚拟IP与物理设备接口地址不同
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终端配置：终端只需将网关设置为虚拟路由器的IP地址
3）VRRP的网关功能承担方式
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主备机制：同一时间仅由主设备承担网关转发功能
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故障切换：主设备故障时备份设备自动接管虚拟IP
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高可用性：只要组内有一台设备正常工作，网关功能就能持续
4）VRRP对用户透明性
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用户感知：终端无需关注具体由哪个物理设备提供网关服务
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协议特点：与DHCP、STP等协议类似，均对终端透明
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类比说明：类似班级学委工作交接，只要有人负责即可，不需通知全体同学
3. VRRP负载分担
1）VRRP主备备份概念
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典型场景：单一网段（如10.100.10.0/24）的网关备份
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工作特点：
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主设备处理所有流量
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备份设备处于待命状态
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可靠性：避免单点故障导致全网中断
2）VRRP负载分担原理
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实现条件：需要至少两个不同网段（如VLAN10和VLAN11）
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工作模式：
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设备A作为VLAN10的主网关/VLAN11的备份网关
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设备B作为VLAN11的主网关/VLAN10的备份网关
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流量分布：不同网段的流量通过不同主网关转发
3）单网段与多网段的负载分担区别
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单网段限制：只能实现主备备份，无法真正负载分担
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多网段优势：
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不同VLAN流量通过不同主网关
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物理设备资源利用率提高
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配置要点：每个网段需要独立的VRRP组和虚拟IP
4. VRRP的相关概念
1）VRRP基本介绍
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组网方式: 由多个路由器组成VRRP组(VRID)，同一组内的路由器通过交互报文实现协同工作
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虚拟路由器架构: 包含一个Master路由器和若干Backup路由器，主机将虚拟路由器设置为默认网关
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独立组特性: 不同VRRP组完全独立，组ID互不重复（如示例中的组10和组11）
2）虚拟路由器的组成
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虚拟IP: 作为主机的网关地址（如10.100.10.1），与实际物理接口IP不同
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虚拟MAC: 固定格式为0000-5E00-01XX（XX对应VRID），用于响应ARP请求
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主备角色:
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Master: 实际转发数据包的路由器
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Backup: 监听状态，当Master故障时接替工作
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负载分担: 可创建多个虚拟路由器组（如VRID1和VRID2），同时承担业务流量
3）VRRP优先级
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优先级范围: 8位数值，默认100，最高255（特殊值）
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选举规则:
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优先级高的成为Master
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优先级相同时，比较接口IP大小（如10.10.10.3 > 10.10.10.2）
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组内限制: 每个VRRP组只能有一个Master，但可配置多个Backup
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配置示例:
4）特殊的优先级255
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触发条件: 当物理接口IP与虚拟IP完全相同时（如都是10.1.1.254）
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特性:
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自动获得255优先级（不可修改）
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称为"IP地址拥有者"
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强制成为Master路由器
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设计原因: 避免网络中出现重复IP地址的情况
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优先级限制: 普通设备最高只能配置到254，无法达到255
5. VRRP协议报文格式
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协议特性:
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网络层协议，协议号为112
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无传输层封装，报文直接封装在IP包头后
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报文发送:
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由Master路由器以组播方式定时发送
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使用固定组播地址224.0.0.18
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报文结构:
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版本号: 当前通用版本为v2
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类型: 仅定义一种报文类型（通报报文）
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虚拟路由器ID: LAN上唯一的组标识符
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优先级: 当前设备在组内的优先级（0-255）
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认证字段: 支持认证机制，未通过认证设备无法加入组
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通告周期: 默认为1秒
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IP地址列表: 记录当前设备维护的IP地址数量及具体地址
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虚拟MAC地址:
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格式为
00−00−5E−00−01−XX00-00-5E-00-01-XX00−00−5E−00−01−XX
（XX对应VRID）
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用于响应虚拟IP的ARP请求
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6. VRRP工作过程
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选举机制:
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主路由器选举: 优先级高者当选，优先级相同时比较接口IP大小
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虚拟资源激活: 主路由器激活虚拟IP并承担数据转发
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状态维护:
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主路由器: 每1秒发送组播通告（地址224.0.0.18）
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备份路由器: 仅接收报文，不主动发送
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故障切换:
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检测机制: 备份路由器在MASTER_DOWN_TIMER（3个通告周期，即3秒）内未收到主路由器报文则触发切换
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抢占模式: 支持优先级高的备份路由器主动抢占主角色
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配置示例:
7. VRRP协议状态机
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状态类型:
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Initialize: 端口关闭时进入的初始状态
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Master: 实际转发数据的状态
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Backup: 监听状态的备用角色
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状态转换规则:
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Initialize→Backup: 端口开启后，优先级<255时进入
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Backup→Master: 通过选举机制（优先级/IP比较）或主设备故障（3秒超时）触发
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Master→Initialize: 端口关闭时立即转换
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特殊优先级:
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255优先级: 拥有虚拟IP真实地址的设备直接成为Master
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优先级比较: 新设备加入时比较优先级和接口IP决定角色
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重要考点:
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状态转换条件和时间参数（1秒通告周期，3秒超时）
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255优先级的特殊处理规则
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接口状态变化对VRRP角色的影响
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8. VRRP选举之后
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主路由器功能：选举为主路由器后，会激活虚拟IP地址及其对应的虚拟MAC地址。当主机发送虚拟IP地址的ARP请求时，主路由器使用虚拟MAC地址进行响应。
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备份路由器行为：备份路由器不会激活虚拟IP地址和虚拟MAC地址，也不会响应虚拟IP的ARP请求，同时不会接收目的MAC是虚拟MAC的报文。
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配置示例：
9. VRRP跟踪接口功能
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接口跟踪原理：当Master路由器连接上行链路的接口处于Down状态时，会主动降低自己的优先级，触发备份组内重新选举Master。
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应用场景：网关设备需要同时处理上行（外网）和下行（局域网）流量，任一接口故障都需要切换主备角色。
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优先级调整：优先级降低到比备份路由器更低时，备份路由器会接管Master角色。
10. VRRP抢占
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抢占模式：
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启用抢占：当主路由器优先级恢复后，会重新抢占Master角色。
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非抢占模式：即使主路由器优先级更高，也不会主动抢占Master角色。
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默认配置：设备通常默认启用抢占模式，以确保主备切换的及时性。
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状态确定：路由器启用VRRP功能后，根据优先级确定角色，优先级变化后根据VRRP模式确认状态。
11. 刷新MAC表
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无故ARP作用：当设备成为VRRP主路由器时，立即发送应答型无故ARP，用于刷新交换机的MAC表，确保流量正确转发。
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必要性：如果不发送无故ARP，主备切换后二层网络可能出现连通性问题，因为终端仍会向原主路由器发送流量。
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厂商差异：该功能是否默认开启因厂商、设备和版本而异。如果使用接口MAC作为源MAC发送VRRP报文且未开启无故ARP，会导致二层网络问题。
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配置建议：原则上应开启该功能以避免网络中断。
二、抓包观察
1. ARP协议分析
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ARP Announcement特征：
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发送方MAC：
00:00:5e:00:01:0a
（IETF-VRRP-VRID_0a）
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发送方IP：192.168.10.1
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目标MAC：00:00:00:00:00:00（全零地址）
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操作码：1（请求）
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特殊标记：Gratuitous（True），Announcement（True）
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交换机地址表刷新机制：
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只要数据包包含源MAC地址即可刷新交换机内部位置表
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请求/应答关系对刷新影响不大
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华为设备使用请求包实现该功能
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2. 厂商实现差异
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思科与华为差异：
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思科严格遵循标准协议实现
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华为因历史法律纠纷修改了实现方式
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2000年代曾因命令行与思科雷同而赔偿
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后建立独立认证体系
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实际应用中建议以华为标准为准（国内主流）
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VRRP协议特征：
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使用组播地址224.0.0.18
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报文类型为Announcement（v2）
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典型长度64字节
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3. 设备状态查看
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状态分类：
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Master：1台（主设备）
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Backup：1台（备份设备）
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Non-active：0台（非活跃设备）
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配置注意事项：
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华为设备使用system-view进入配置模式
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接口配置路径：[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]
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与思科配置命令存在显著差异
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