VRRP原理与应用.ppt

1、,VRRP原理与应用,课程内容,VRRP的产生,VRRP原理介绍,VRRP的常见应用,实验与练习,本章小结,VRRP的产生,VRRP的产生 网络产生与发展的初期，我们考虑的主要问题是如何将用户的各种业务主机联系起来，如何将小型局域网互相整合成大的网络，从而让网络更加便利 随着网络规模的扩大，用户业务量的增加，对网络质量要求的也随之提高。 这就对网络的可靠性提出了若干要求： 丢包率、延迟、故障恢复时间、无故障运行时间、备份,VRRP的产生,VRRP的产生（续） 网络质量的各种参数指标，在目前的技术条件下，只能尽可能的降低，但是无法绝对根除。丢包率再低、延迟再小、无故障运行时间再长，始终都无法做到

2、绝对不出问题 网络规模越大，设备所处的位置越核心，其对可靠性的要求就越高；一旦出问题，产生的影响就越大 可以把出现的问题分为三类：线路故障、主机部件故障、主机故障等,VRRP的产生,VRRP的产生（续） 线路故障： 对于线路故障，我们可以通过多线路来解决问题；两条线路之间可以是主备关系，也可以是负载均衡关系。,VRRP的产生,VRRP的产生（续） 主机部件故障： 对于部件故障，可以优化硬件的涉及，使之支持关键部件的冗余备份、或者热插拔，一旦某个部件出现问题，备用部件可立即承担起相关业务，且无需干预 双电源 双主控 扩展卡热插拔 ,VRRP的产生,VRRP的产生（续） 主机故障： 如果遇到主机的

3、整体故障，再好的软件和硬件设计都无法发挥作用，只能从外部寻找办法. VRRP就是这样的一种协议，可实现多台独立主机之间的冗余备份 其实现的基本思路就是：将多台硬件网关设备虚拟成一个逻辑网关，对于客户端而言，网关只有一个；VRRP需要判别多个真实网关之间，谁可用、谁不可用，如果可用，谁更优先。这个最高优先级的网关才是真正对客户提供服务的。,VRRP的产生,VRRP的产生（续） 在VRRP之前，CISCO开发了一套HSRP协议（Hot-Standby Redundant Protocol），可以实现同样的功能，但由于该协议流程较复杂，且属于cisco的私有协议，限制了其发展和应用 VRRP（Vir

4、tual Route Redundant Protocol）则是在参照HSRP的基础上进行简化和提高效率，同时上升为RFC标准。 VRRP在实际组网中被更广泛的应用,课程内容,VRRP的产生,VRRP原理介绍,VRRP的常见应用,实验与练习,本章小结,VRRP原理介绍,VRRP的模型 多台路由器以太网环境（以两台为例） 每台设备都有自己的IP地址，且相互不能冲突；在VRRP模型中，对于PC而言，其GW应该写RTA还是RTB呢？,VRRP原理介绍,VRRP的模型（续） 如果网络设备正常，PC的网关指向任何一个都可以正常工作；如果设备异常了，无论RTA和RTB如何协商切换，PC的默认网关还是旧的，

5、需要认为干预来进行切换。 在VRRP中，引入一个虚拟网关IP地址。该地址并不对应为一台物理设备，而是同时设置在所有的VRRP路由器上；但只有优先级最高的路由器才会真正生效 对于PC而言，这个VRRP组就像一个网关设备一样,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文 VRRP路由器在优先权比较时，需要进行报文交互。这些报文直接被承载在IP报文中，没有TCP、UDP等传输层协议 其中： IP协议号为112；TTL=255 ； Dst.IP=224.0.0.18；Src.IP=报文发送接口的主地址,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文（续） 如果VRRP Router收到的协议报文，TTL不是255，则直

6、接丢弃。 思考：TTL=255，会不会导致以太网广播风暴？ VRRP仅对接口的主地址生效，是不是说一台VRRP Router只能参加一个VRRP组呢？ 这个问题留待常见应用一章讨论,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文（续） VRRP报头,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文（续） Ver，版本号；目前使用的VRRP中，ver=2 Type，报文类型；VRRP中只有一种类型，Type=1，即Advertisment Virtual Rtr ID，也称VRID，就是VRRP的组号一台路由器上可同时运行多个VRRP组 Priority，优先级，这是VRRP中要讨论的关键内容，默认值为100，P值越

7、大优先级越高 Priority=0时有特殊含义，用于标示当前的主路由器不再是Mater，触发备用路由器生效 注：这里的Priority不完全等同于优先级,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文（续） Count IP Addrs，IP地址数量，表示虚拟出来的路由器上有多少个IP，当然这里只有一个是主IP。 Auth Type，认证类型，取值如下： 0，不认证 1，明文认证 2，参阅rfc2338 在现行的新版VRRP中，认证功能被逐步的弱化，因为上述的认证功能并不能带来多少安全特性 Adver Int，发送Advertisment报文的周期时间，默认为1秒,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文（

8、续） IP Address(N) 表示虚拟路由器的IP地址，同一VRRP组的路由器，其宣告的IP地址应该相同，当然，这里的IP可以有多个，数量取决于Count IP Addrs Authentication DATA，认证内容，如果前面Authen Type值为非0，那么相关的认证内容就会被填充在这个字段中；一般为无。,VRRP原理介绍,VRRP的协议报文（续） 实例,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程 VRRP的协议报文只有一种，即Advertisment，那么它是如何实现双机热备功能的呢？ 介绍工作流程之前，先介绍几个术语：,VRRP原理介绍,VRRP术语 VRRP Router运行VR

9、RP协议的路由器，一台路由器通常可以参与多个VRRP组 Virtual Route一组VRRP Router虚拟出来的概念路由器，其实际工作由该VRRP组中优先级最高的设备来承担 IP Address OwnerVRRP Router和Virtual Router的端口IP地址相同，且该VRRP Router是本组中优先级最高的 Preempt当Backup Router比Master的优先级更高，但Master仍然可用的情况下，Backup强制取得Master位置,VRRP原理介绍,VRRP术语（术语） Adv TimerMaster Router用于控制Advertisment报文周期发送

10、的定时器，默认时间间隔interval为1秒； Master Down TimerBackup Router用于等待确认Master失效的时间控制器。如果在Master周期内，一直没有收到Advertisment报文，就判定Master失效，本机来充当Master。 通常Master Down TimeAdv Time *3 有些时候MDTAT*3Skew Timer Skew Timer为Master Down的实验延迟 Skew Time(256-Priority)/256,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Init VRRP Router的初始状态就是Initialize，该状态下会

11、一直等待Startup触发（这里的Startup是指VRRP软件模块和路由器对应接口） 当收到Startup触发时，首先检查自己的Priority，如果P255，会执行如下几个动作： 通过组播发送一个Advertisment报文 发送免费ARP（广播），宣告自己是VRRP的网关 初始化Adv Timer，以便周期性通告Advertisment 将自己的状态切换到Master状态,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Init（续） 如果0Priority255，那么会执行如下两个动作： 初始化Master Down Timer 同时将自己的状态切换到Backup状态 可以发现VRRP初始化，并

12、收到Startup触发之后，并不需要比较，默认就把自己的状态切换为Backup，除非自己的Priority是理论值的上限255。,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Backup 在Backup状态下，VRRP Router虽然不对用户提供服务，但并不是闲着，而是需要时刻跟踪Master Router的状态。此时： Backup Router不响应关于Virtual Route IP地址的ARP请求 如果收到的Ethernet帧、或IP包，其目的地址等于Virtual Route的MAC或IP，则必须丢弃 如果收到Shutdown事件触发，则取消Master Down Timer，同时将状态

13、切换回Initialize。,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Backup（续） 在Backup状态下，如果Master Down Timer时间到（超时），那么： 发送一个Advertisment报文 以自己的MAC地址，进行免费ARP广播，通知局域网：GW网关换人了！（IP不变） 初始化Adv Timer，以备后续周期性发送 将自己的状态切换为Master,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Backup（续） 在Backup状态下，如果收到一个Advertisment报文，那么： 若其Priority0，则把Master Down Timer的时间设置为Skew Time 若其P

14、riority0，但比本端小，且设置了Preempt抢占模式，则参照“Master Down Timer超时” 若其Priority0，但比本端大，或未设置抢占模式，则将Master Down Timer重置,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Master 在Master状态下，VRRP Router需要对用户提供服务，即：对发往虚拟网关地址的数据包进行转发或相关的处理。此时： 必须对面向虚拟IP的ARP请求做出响应，所用MAC为Master路由器的接口MAC地址 对于目的IP、MAC地址为Virtual Route地址的数据报文，必须转发或者相关处理 如果VRRP Router不是IP

15、Address Owner，即便收到的IP报文，其目的地址就是Virtual Route地址，也会被丢弃。,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Master（续） 在Master状态下，如果收到Shutdown事件，则： 取消Adv Timer 同时发送一个Priority0的Advertisment通告 状态切换回Initialize,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程-Master（续） 在Master状态，如果收到Advertisment通告： 若其Priority0，则发送一个Advertisment通告，同时重置Adv Timer； 若其Priority本端，则取消Adv Tim

16、er定时器，初始化Master Down Timer定时器，同时将状态切换到Backup 若其Priority本端，则丢弃该报文；,VRRP原理介绍,VRRP的工作流程图,VRRP原理介绍,VRRP的其他注意点 关于Advertisment报文的发送 在前文介绍中，可以看到Master状态的VRRP Router才会发送Advertisment报文，而处于Initialize和Backup的Router则不会； VRRP都是从Initialize状态开始，然后根据条件切换到Backup或者Master。 但对于Priority255的两台Router而言，他们都会先切换到Backup状态，如果

17、两台Router都不发送Adv报文，VRRP就无法判别谁的优先权更高，谁来充当Master了，是不是这样呢？,VRRP原理介绍,VRRP的其他注意点（续） 关于Advertisment报文的发送 实际上，两台Backup的路由器在等待Master Down Timer时间之后，会将自己的状态切换为Master，此时就会开始发送Adv报文。 有了Adv就可以比较优先权，也就是说最后还是只有一个Master。,VRRP原理介绍,VRRP的其他注意点（续） 关于优先权比较 VRRP中，其状态的切换除了与两个Timer密切相关以外，还跟Priority参数有关。 我们都知道Priority值越大，优先

18、级越高；但如果两个Priirity值相同该如何判定呢？ 在priority值相同的情况下，源IP地址大的VRRP Router优先级更高。,VRRP原理介绍,VRRP的其他注意点（续） Adv Timer的时间 Adv Timer的interval的默认时间为1秒，这个值是否太长或者太短？ 实际上，这个interval建议不要做改动； 如果interval太长，就会导致VRRP Router主备切换的时候，时间延迟过大；如果interval太短，就会导致网络上大量的组播报文，影响正常的业务数据的传输。 注：配合VRRP应用的交换机必须支持IGMP-snooping。,VRRP原理介绍,VRRP

19、的其他注意点（续） Virtual Router的IP和MAC地址 前面在讲VRRP模型的时候，提到：Virtual Router的IP地址通常不同于多台VRRP router的IP地址（ Primary ），这样可以解决客户端IP设置（GW）的问题。 但这样做也造成了IP地址的浪费。实际上Virtual Router的IP可以与某一个VRRP router的地址相同，这种情况下就有了VRRP IP Address Owner的概念。,VRRP原理介绍,VRRP的其他注意点（续） Virtual Router的IP和MAC地址 Virtual Router的MAC地址比较特殊，既不是VRRP

20、Router的接口MAC地址、也不是224.0.0.18对应的组播MAC地址，而是一个独立的定义： 00-00-5E-00-01-VRID 思考：VRRP报文的组播MAC地址为多少？,课程内容,VRRP的产生,VRRP原理介绍,VRRP的常见应用,实验与练习,本章小结,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型 双机单线 1、这种模式需要两台路由器、一台以太网交换机，以及若干客户端PC组成 2、两台VRRP Router都有到达目的网段的通路 3、VRRP Router通过LanSW确定谁是Master 4、Master路由器将为所有的客户端提供IP转发等服务,VRRP的常见应用,VRRP的应用模

21、型（续） 该模式中，两台VRRP路由器互为备份，但同时只有一个路由器在生效，另外一台仅作为备份使用。在提高可靠性的同时，需要有必要的资源牺牲 网关路由器有极高的可靠性，但是客户端到网关之间的通路只有一条，安全性相对较低。如果出现线路故障，还是会导致网络不通 但如果增加多条网络通路，月租费用又会随之增加。 双机单线是一种相对低成本，但可靠性较高的组网方案，在实际应用中有较多的应用。,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型 双机双线 两台路由器是必须的，每个客户端有两条网线连接到Virtual Router；作为汇接的LanSW有两台；且主备线路设置在两个不同的VRRP组中 思考： 1、使用两台交

22、换机的好处是什么？ 2、两台交换机之间的连线有什么作用？,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 双机双线 1、如果使用一台SW，它将成为客户端与网关之间的唯一通路，一旦出故障，没有任何的备份措施。路由器的VRRP策略将成为空谈 2、两台交换机之间的连接有两个作用：第一个是需要为VRRP Router提供报文协商的通路；第二个是为Client与Virtual Router之间的通路提供迂回备份（后文详）。,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 双机双线 1、两台VRRP Router有到达相同目的网段的通路 2、VRRP Router通过两台交换机以及他们之间的通路互通Adver

23、tisment报文 3、正常情况下Client通过主线路与对应网段的Master访问网络 4、当Client网络异常时，Client通过备份线路与对应网段的Master访问放落 5、当VRRP侧的网络异常时，Client可以通过主线路和备份线路的Master访问网络！,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 关于双机双线的思考 1、在前面的分析中，同一个Client的两条通路分属于不同的网段，并对应到不同的VRRP组。不同的VRRP组中，两台VRRP Router分别是Master。是否可以将一台Router设置成在两个VRRP组中都是Master？ 2、如图，这里会产生环路问题吗？,V

24、RRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 这种应用模型中，不仅有路由器的主机备份，同时也引入了网络线路备份，安全性大大提高 其缺点就是网络建设费用较高 在对网络可靠性有高要求的环境中，通常会有这种应用。比如：银行网络,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型 多组VRRP 前面双机双线的介绍中，已经涉及到了多组VRRP，还有一种VRRP应用模式，如图： 思考： 在上下两组中，两台VRRP Router可能分别是各自组的Master，这样会导致数据包再发送和接收的时候走不同的通路。这样会有什么问题吗？,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型 使用交换机做VRRP应用 如图：这种应用在常出现在对网

25、络可靠性较高的局域网组网中；网络设备通常由全交换组成 与前面双机双线相比较，虽然网络结构非常相似，但其中需要注意的内容却相差非常大。,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 交换机环路 为了提高网络可靠性而设置的双线路，在以太网中恰恰成为了环路。如果环路不加控制，只要有广播报文发生（如ARP），整套网络核心就可能会完全瘫痪。 交换机上是默认开启STP生成树协议的，它会根据一系列算法自动Block一条Cost最大的通路、接口。以便逻辑上的消除环路。 但在图示的三条通路中，VRRP设备之间的直连通路是不能被Block的，想一下为什么？,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 交换机环路

26、 注意：VRRP的Master与客户端的主线路连接的设备必须相同。 具体的做法是在STP协议中，将VRRP设备相连的Trunk口设置为Root；并调整备份线路的端口Cost 客户端是二层交换机，不涉及三层IP和路由。,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） Track 当某个主线路发生异常时，由于STP的作用，原来被Block的备份线路会恢复，如图： 思考：Client的上行报文可以正常发送吗？从上端返回的报文可以正常转发吗？ 提示：三层交换机的流程！,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） Track 当某端的线路发生故障时，上下行的报文依旧可以转发，但我们一般不建议这么做。 原

27、因是：两台VRRP设备之间的Trunk通路是作为所有VRRP组之间的专用通道，是作关键控制用的。当某主线异常时，其数据也会从这条Trunk线路上迂回。同时，这条通路比原来的转发过程多了一个环节。 如何解决呢？track,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） Track 当VRRP路由器可以检测某个端口/线路的状态，如果down，就自动降低自己的Priority值，如果原来是Master，很可能就会变成Backup 这样，就可以控制某组VRRP总的主线中断时，其他的VRRP租实现同时切换,VRRP的常见应用,VRRP的应用模型（续） 思考 如图：该拓扑结构跟前面的全交换结构非常类似，但是VRRP设备之间没有了Trunk通路。 请问：该方案是否可以实现VRRP功能？如果能，请分析一下其处理流程！,课程内容,VRRP的产生,VRRP原理介绍,VRRP的常见应用,实验与练习,本章小结,实验与练习,VRRP指令 vrrp VRID associate vrrp VRID priority vrrp VRID preempt vrrp VRID track interface vrrp VRID authentication vrrp VRID timers ,实验与练习,VRRP指令（续） Show vr