VRRP技术

VRRP的概念及应用场景

VRRP（虚拟路由冗余协议）概念

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）是一种路由容错协议 ，用于在多个路由器之间提供网关冗余，确保当主路由器故障时，备份路由器能无缝接管流量，保障网络的高可用性。

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核心原理

1. 虚拟路由器（Virtual Router）：

   • 多个物理路由器组成一个逻辑上的虚拟路由器（VRRP组），共享一个虚拟IP地址 （VIP）和虚拟MAC地址。
   • 终端设备将默认网关配置为该VIP，而非具体物理路由器的IP。

2. 主备选举（Master/Backup）：

   • 通过优先级（Priority，默认100，范围0-255）选举主路由器（Master），优先级高的获胜，优先级相同时接口IP大的为主路由器。管理员只能手动配置1-254，0表示设备停止参与VRRP备份组（比如shutdown了），255保留给ip拥有者（虚拟ip与接口ip一样）。

   • 在同一个VRRP组（VRID）中，同一时刻只能有一个主路由器（Master），但可以存在多个备份路由器（Backup）。

   • vrid虚拟路由器标识，需要手工指定，范围1-255。

   • Master周期性发送VRRP通告（Advertisement）声明存活，Backup监听。

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3. VRRP协议报文格式

• 协议版本VRRPv2（常用，今适用于ipv4网络）和VRRPv3（ipv4和ipv6都适用）
• VRRP协议报文是Master路由器以组播的方式，定时发送的VRRP报文。
• 只有一种报文：Advertisement报文；目的地址是224.0.0.18（组播）进行发送。目的mac地址是01-00-5e-00-00-12,ip协议号是112。
• 虚拟路由器由LAN上唯一的Virtual Router ID标识。并具有虚MAC地址：00-00-5E-00-01-{vrid}
  

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4. 故障切换（Failover）：

• （Advertisement Interval）默认为1秒。
• 如果Backup在超时时间（默认3倍Advertisement间隔，通常3秒内未收到通告，则接管Master角色。
• 切换过程对终端透明（ARP表自动更新，backup成为master后发送免费arp报文，刷新交换机的mac地址表）。
• VRRP路由器在备份组内除Master和Backup状态外，还可能处于Initialize状态。

VRRP虚IP地址的ARP响应：

• 主路由器激活虚IP地址，同时也激活该IP对应的虚MAC地址，主机发送虚IP地址的ARP请求时，主路由器使用虚MAC进行ARP响应。
• 备份路由器不激活虚拟IP地址，也不激活虚拟MAC地址，更不进行虚IP的ARP响应，也不接收目的MAC是虚MAC的报文。
  2.1 正常切换过程
  Master故障：Backup检测到Master宕机（3倍Advertisement超时），升主。

新Master发送GARP：

使用虚拟MAC地址作为源MAC，广播GARP报文。

交换机收到后更新端口-MAC映射，终端更新ARP缓存。

流量无缝切换：数据包正确流向新Master。

2.2 未启用GARP的后果

二层网络问题：

如果新Master不发送GARP，交换机仍保留旧Master的MAC表项，导致流量仍发往故障设备，造成通信中断。

终端ARP缓存过期依赖：

终端可能需等待ARP缓存超时（通常几分钟）才能恢复通信。

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VRRP的相关概念

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左侧为物理链路，右侧为逻辑链路

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VRRP跟踪接口功能

• 当Master路由器连接上行链路的接口处于Down状态时，路由器主动降低自己的优先级，使得备份组内重新选择Master，承担转发任务。

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VRRP抢占（Preemption）

VRRP抢占（Preemption）是指当高优先级的路由器恢复在线 后，是否立即夺回Master角色的机制。它是VRRP高可用性的关键特性之一，合理配置可避免网络震荡或业务中断。

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1. 抢占的工作原理

1.1 抢占的触发条件

• 优先级比较 ：
  当原Master故障后，Backup路由器接管。若原Master恢复且优先级高于当前Master，触发抢占。
• Preempt模式启用 ：
  必须显式配置抢占（默认情况下，部分厂商设备可能禁用抢占）。

1.2 抢占过程

1. 原Master恢复后，发送VRRP通告（Advertisement）声明自己的优先级。
2. 当前Master收到通告后，比较优先级：
   • 如果新优先级更高，当前Master主动降级为Backup，恢复的路由器成为Master。
   • 如果优先级相同或更低，忽略抢占请求。
3. 终端设备通过免费ARP（Gratuitous ARP）更新网关MAC地址。

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2. 抢占的配置（以华为/思科为例）

2.1 华为设备配置

interface GigabitEthernet0/0/1  
 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254  
 vrrp vrid 1 priority 120             # 设置高优先级（默认100）  
 vrrp vrid 1 preempt-mode             # 启用抢占（默认开启）  
 vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 5  # 延迟5秒抢占（避免频繁切换）  

• preempt-mode：启用抢占（默认开启）。
• timer delay：延迟抢占时间（单位：秒），防止因短暂抖动导致角色切换。

2.2 思科设备（HSRP配置）

interface GigabitEthernet0/1  
 standby 1 ip 192.168.1.254  
 standby 1 priority 110  
 standby 1 preempt                 # 启用抢占  
 standby 1 preempt delay minimum 5 # 延迟5秒抢占  

• preempt：启用抢占（HSRP默认关闭，需手动开启）。
• delay minimum：设置抢占延迟。

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3. 抢占的应用场景

3.1 需要抢占的场景

• 主设备性能更强 ：
  例如，Master是高性能核心路由器，Backup是备用设备，主设备恢复后应立刻接管流量。
• 业务依赖特定设备 ：
  如防火墙或负载均衡器作为Master，需保证流量始终经过主设备。

3.2 不需要抢占的场景

• 网络稳定性优先 ：
  如果主备设备性能相当，频繁切换可能导致业务抖动，可关闭抢占。
• 短暂故障恢复 ：
  如主设备因端口闪断（Port Flap）短暂下线，延迟抢占可避免不必要的切换。

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4. 抢占的注意事项

4.1 避免脑裂（Split-Brain）

• 心跳检测：确保Master和Backup之间的链路可靠（可结合BFD或链路检测）。
• 优先级一致性问题 ：
  不同设备的VRRP优先级配置错误可能导致多个Master冲突。

4.2 抢占延迟（Preempt Delay）

• 作用：防止因接口抖动（如端口Up/Down）导致频繁切换。
• 推荐值：通常设置3~10秒，具体取决于网络稳定性需求。

4.3 免费ARP（Gratuitous ARP）

• 抢占成功后，新Master会发送免费ARP更新终端设备的ARP缓存，确保流量无缝切换。

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5. 常见问题（FAQ）

Q1：抢占默认开启吗？

• 华为VRRP ：默认开启抢占（preempt-mode）。
• 思科HSRP ：默认关闭抢占（需手动standby 1 preempt）。

Q2：抢占会导致流量中断吗？

• 正常情况下不会 ：
  切换过程会发送免费ARP更新终端ARP表，流量中断时间极短（毫秒级）。
• 若配置不当可能丢包 ：
  如未启用抢占延迟，频繁切换可能导致短暂丢包。

Q3：如何验证抢占是否生效？

• 查看VRRP状态 ：

  display vrrp [verbose]           # 华为  
  show standby                     # 思科  

• 模拟测试 ：
  手动关闭Master接口，观察Backup是否接管，再恢复接口检查是否抢占。

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6. 总结

关键点	说明
抢占的作用	高优先级设备恢复后重新成为Master，保证流量最优路径。
配置命令	华为：preempt-mode + timer delay；思科：preempt + delay minimum
推荐延迟时间	3~10秒，避免频繁切换。
适用场景	主设备性能更强或业务依赖特定设备时建议启用。
不适用场景	主备设备性能相当或网络稳定性要求极高时可关闭抢占。

合理配置VRRP抢占，能在保障高可用的同时，避免不必要的网络震荡。