[软考网规考点笔记]-局域网之冗余网关技术

目录

• 一、前言
• 二、冗余网关技术常用协议
• • 1、VRRP
  • 2、HSRP
  • 3、GLBP
• 三、VRRP协议详解
• • 1、初识VRRP协议
  • • 1、VRRP路由器
    • 2、虚拟路由器
    • 3、主控路由器
  • 1、实验拓扑图
  • 2、配置过程
  • • 1、基本配置
  • 3、功能验证
  • • 1、正常情况下，验证数据转发路径
    • 2、路由器A故障时
    • 3、路由器A故障恢复时
• 五、总结

一、前言

如果局域网络出口只有一台路由器，那么，当这台设备出现故障时，局域网内的设备将无法连接到外部网络。

冗余网关技术便是为解决上述问题而存在的。它的核心机制是在网络出口配置2台或2台以上的网关设备，当一台设备出故障时，另一台将自动替换其工作，这种机制也被称为心跳机制。

在网络系统中，VRRP、HSRP、和 GLBP协议采用了上述心跳机制，是解决网络单点故障的常用协议。

二、冗余网关技术常用协议

1、VRRP

• VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）。
• VRRP即虚拟路由冗余协议，为国际标准协议，常用于国产设备中。

2、HSRP

• HSRP（Hot Standby Router Protocol）。
• HSRP即热备份路由器协议，是思科私用协议，用在其私有平台。

3、GLBP

• GLBP （Gateway Load Balancing Protocol）。
• GLBP即网关负载均衡协议，是思科私用协议，用在其私有平台。

三、VRRP协议详解

1、初识VRRP协议

• VRRP由IETF提出，解决局域网静态网关中出现的单点故障。
• VRRP相当于一种选择协议和容错协议，它把两台以上的物理路由器配置成一个虚拟的出口路由器。这些运行VRRP协议的物理路由器中，平时工作中，有一台主控路由器，负责转发数据到虚拟路由器的IP地址。当主控路由器故障时，选择协议便会启动转移机制，将物理路由器中的其它设备切换成主控路由器。## 2、几个重要概念

1、VRRP路由器

• VRRP路由器就是运行VRRP协议的路由器，是配置在局域网出口的物理设备

2、虚拟路由器

• 虚拟路由器是由VRRP协议创建的逻辑概念，它是依托于VRRP物理路由器的逻辑概念。
• 一组VRRP路由器工作时，共同构成一个虚拟路由器。
• 在外看来，它是一个有唯一IP与MAC的逻辑路由器。

3、主控路由器

• 在一组VRRP路由器中，只有一个物理路由器负责转发数据，其它设备等着备用，这个转发数据的路由器就是主控路由器。### 4、备份路由器
• 在一组VRRP路由器中，除了一台主控路由器，其它等着备用的路由器就是备份路由器。
• 在主控路由器出现故障后，会有一台备份路由器快速变成主控路由器。# 四、VRRP配置实例

1、实验拓扑图

• 如上图所示，本次VRRP功能实验在华为模拟器中完成。主机PC1应以路由器A作为默认网关接入Internet，这里以一台主机代替Internet。
• 路由器A出现故障时，由路由器B接替，成为网关。
• 当路由器A恢复后，可重新成为网关。

2、配置过程

1、基本配置

• PC1基本配置

  主机PC1的配置信息如下图所示，注意网关配置为10.1.1.200，这是由路由器A和路由器B创建出来的虚拟路由器IP。

  

• 路由器A基本配置

  如下图所示，路由器A的基本配置中，主要是根据实验拓扑，配置了路由器A的接口地址。

  

  由于三台路由器之间采用OSPF协议互连，那么除了基本接口配置外，还需要配置OSPF。如下图是在路由器A上配置OSPF协议。

  

• 路由器B基本配置

  如下图所示，路由器B的基本配置中，主要是根据实验拓扑，配置了路由器A的接口地址。

  

  下图是在路由器B中配置OSPF：

  

• 路由器C基本配置

  

  下图是在路由器B中配置OSPF：

  

• Internet主机基本配置

  

• 测试基本配置与连通情况

  下图说明路由器A到internet连接正常：

  

  下图说明路由器B到internet连接正常：

  下图说明PC1到互联网连接正常。

  

到此，说明基本配置与OSPF配置正确。接下来就是要配置VRRP功能了。### 2、VRRP功能配置

• 在路由器A上创建VRRP备份组，并设置优先级和抢占时间。

  这里的备份组号是一个1-255的整数，这个数字其实就我们要创建的虚拟路由器的编号，路由器B也是这个编号；优先级是一个整数值，数值越大优先级越高。它决定了谁是主路由器；抢占时间是指你配置的主路由器，因故障被别的路由器抢走了主体身份，当它恢复后，需要抢占原来的主体位置时需要等待的时间。也就是不要马上上任，先居家休息几天再来，一般路由器设备中，抢占时间是一个0-3600的整数，也就是抢占延迟在0秒到1小时之间。

  

  如上图， 在路由器A上创建VRRP备份组1,配置优先级为120,配置抢占时间为20s

• 路由器B上配置VRRP备份组

  下图中， 在路由器B上创建VRRP备份组1,优先级为默认值100

  

• 查看VRRP在路由器A和路由器B上的配置情况。

  

GigabitEthernet0/0/1 | Virtual Router 1------在接口 GE0/0/1 上运行的 VRRP 备份组（组号为 1）
State : Master------当前这台路由器为主机，负责转发流量。
Virtual IP : 10.1.1.200------这是局域网中的默认网关，是一台虚拟路由器，有主备路由器共同管理维护
Master IP : 10.1.1.1------当前主路由器的IP为10.1.1.1
PriorityRun : 120------运行优先级为120
MasterPriority : 120------主控路由器的优先级是120
Preempt : YES Delay Time : 20 s-----开启了"抢占"功能，延迟为20秒。如果它掉线后又恢复了，它会去抢回主控位置。但为了防止网络震荡，设置等 20 秒确认网络稳定、路由收敛后，再真正抢回主导权。
TimerRun : 1 s------这是心跳间隔，这台主控路由器每隔 1 秒向备机发送一次报文，证明自己还活着。
TimerConfig : 1 s------配置的心跳发送间隔时间，这是默认值，管理员可以修改。
Auth type : NONE-----VRRP 报文没有开启密码认证，默认情况下不认证。
Virtual MAC : 0000-5e00-0101------这是VRRP 虚拟网关，也就是虚拟路由器对应的 MAC 地址。格式固定为 0000-5e00-01 加上十六进制的组号，当前组号 1 对应 01。不管主备路由器谁当家，局域网内的电脑看到的网关 MAC 永远是这个。
Check TTL : YES------开启VRRP报文的TTL值检查机制，VRRP规定TTL为255
Config type : normal-vrrp------当前使用的是标准的 VRRP 协议模式，华为设备中还有管理VRRP等其他模式
Backup-forward : disabled------这是华为设备特有的功能，这里指备机不帮忙转发业务数据
Create time : 2026-10-29 17:15:17 UTC-08:00------这个 VRRP 组被创建的时间。
Last change time : 2026-10-29 17:15:21 UTC-08:00------这是 VRRP 组最近一次发生主备状态切换的时间，比如从 Master 变成 Backup，或者从 Backup 变成 Master的时间。

上图是路由器A的vrrp详细信息，图中显示了以下信息：

GigabitEthernet0/0/1 | Virtual Router 1------在接口 GE0/0/1 上运行的 VRRP 备份组（组号为 1）
State : Backup------当前这台路由器为备机，也就是待命状态，不转发流量。
Virtual IP : 10.1.1.200------这是局域网中的默认网关，是一台虚拟路由器，有主备路由器共同管理维护
Master IP : 10.1.1.1------当前主路由器的IP为10.1.1.1
PriorityRun : 100------运行优先级为100，这是默认值，它没有主控路由器大，所以是备机
MasterPriority : 120------主控路由器的优先级是120
Preempt : YES Delay Time : 0 s-----开启了"抢占"功能，延迟为0秒，如果主控故障，它会立刻抢夺主控地位。
TimerRun : 1 s------这是心跳间隔，就是主控路由器每隔 1 秒发送一次 VRRP 通告报文，好让备机知道老大还活着，通常经过3倍的心跳时间还没收到报文，备机机认为主机挂了，自己会抢占主机位置。
TimerConfig : 1 s------配置的心跳发送间隔时间，这是默认值，管理员可以修改。
Auth type : NONE-----VRRP 报文没有开启密码认证，默认情况下不认证。
Virtual MAC : 0000-5e00-0101------这是VRRP 虚拟网关，也就是虚拟路由器对应的 MAC 地址。格式固定为 0000-5e00-01 加上十六进制的组号，当前组号 1 对应 01。不管主备路由器谁当家，局域网内的电脑看到的网关 MAC 永远是这个。
Check TTL : YES------开启VRRP报文的TTL值检查机制，VRRP规定TTL为255
Config type : normal-vrrp------当前使用的是标准的 VRRP 协议模式，华为设备中还有管理VRRP等其他模式
Backup-forward : disabled------这是华为设备特有的功能，禁用备份转发功能，即当它为备机时，如果它收到发往虚拟网关数据，它会丢弃。如果这个功能开启，我们可以认为它和主机构成了负载均衡模式。
Create time : 2026-10-29 17:27:12 UTC-08:00------这个 VRRP 组被创建的时间。
Last change time : 2026-10-30 10:19:33 UTC-08:00------这是 VRRP 组最近一次发生主备状态切换的时间，比如从 Master 变成 Backup，或者从 Backup 变成 Master的时间。

3、功能验证

1、正常情况下，验证数据转发路径

• 首先，我们通过在路由A的入接口处抓包，可以看到，当VRRP配置正常后，主路由会持续通过组播地址224.0.0.18，发送vrrp协议通告。
  
• 我们在确定了主控后，接下来看看数据的转发过程：
  我们在PC1上ping 那台Internet主机，然后在路由器A的出接口处抓包时，可以看到ICMP的上行包通过了该路由器，如下图所示：
  
  我们继续在路由器B的出接口和入接口处同时抓包，看到的只有ICMP的下行包，如下图所示：
  
  通过以上两次抓包分析，我们看到，当数据从内部局域网向外转发数据时，VRRP协议控制了数据的选路，主路由器会参与转发数据，而备份路由器则不转发数据。
  但是，当数据由互联网返回局域网时，数据包在选路时不受vrrp协议控制，其实它的选路过程由我们之前配置的OSPF决定。这是由于VRRP协议是基于接口的，这里我们只在路由器的局域网侧配置了VRRP。所以它在互联网侧是无效的。

2、路由器A故障时

• 当主控出现故障时：
  我们关掉路由器A，然后查询路由器B的vrrp信息，可以看到，该路由器已经变成主控（Master）了。
  
• 主控故障后的数据转发
  主控故障后，数据转发工作全部由原来的备份路由器承担，当然这时候的备份路由器已经转正了。
  

3、路由器A故障恢复时

• 当主控从故障中恢复后，经过一段时间后，路由器A又变成主控设备了。
  
• 路由器B回到了备份状态：
  
• 路由器B回到备份后，转发的数据只有回包了
  

五、总结

冗余网关技术的核心价值在于消除网络出口的单点故障。通过在出口部署两台或以上的网关设备并组成备份组，对外呈现一个拥有唯一 IP 与 MAC 的虚拟路由器，局域网内的主机只需把默认网关指向这个虚拟地址，就无需关心背后究竟由哪台物理设备在转发。主控设备故障时备份设备自动接管，主控恢复后再按抢占策略回切，整个过程对终端用户基本透明。

在协议选型上，VRRP 是 IETF 制定的国际标准协议，开放且被国产设备广泛支持，是跨厂商组网的首选；HSRP 与 GLBP 均为思科私有协议，只能运行在思科平台，其中 HSRP 提供主备冗余，GLBP 则进一步支持多网关同时转发、实现负载均衡。因此， VRRP是多厂商混合环境下的优先协议。

本次实验验证了两个关键结论：

其一，主备切换有效------关闭主控路由器 A 后，备份路由器 B 迅速从 Backup 变为 Master，数据转发由 B 无缝承接，PC1 到 Internet 的连通性未中断；

其二，抢占恢复可控------路由器 A 恢复后，凭借 120 的优先级与 20 秒抢占延迟重新夺回主控地位，B 回到备份状态，延迟设置有效避免了状态频繁震荡。同时抓包也印证了 VRRP 只作用于配置了该协议的接口侧，互联网侧的选路仍由 OSPF 决定。