VRRP路由協(xié)議介紹及配置

王軼群

（赤峰學(xué)院網(wǎng)路與信息管理處，內(nèi)蒙古赤峰024000）

VRRP路由協(xié)議介紹及配置

王軼群

（赤峰學(xué)院網(wǎng)路與信息管理處，內(nèi)蒙古赤峰024000）

作為信息化應(yīng)用的載體——計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的可靠性受到越來越多的重視.VRRP（虛擬路由器冗余協(xié)議）是一種選擇協(xié)議，它的優(yōu)勢(shì)在于不需要在終端進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由和路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議的配置，即可獲得一個(gè)高可靠性的缺省路由通道.通過以S9300系列交換機(jī)為載體，分析和研究VRRP虛擬路由器冗余性協(xié)議的原理和配置，實(shí)現(xiàn)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)的路由冗余.

VRRP；IPAddressOwner；VRRP跟蹤；虛擬路由器；動(dòng)態(tài)路由協(xié)議；路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議；協(xié)議交互；VirtualRouterMaster；

1 VRRP介紹

VRRP（VirtualRouterRedundancyProtocol）是虛擬路由器冗余協(xié)議的簡(jiǎn)稱，是一個(gè)重要的三層可靠性協(xié)議，用于缺省網(wǎng)關(guān)的冗余備份，它可以把一個(gè)虛擬路由器的責(zé)任動(dòng)態(tài)分配到局域網(wǎng)上的VRRP路由器中的一臺(tái).控制虛擬路由器IP地址的VRRP路由器稱為主路由器，它負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包到這些虛擬IP地址.一旦主路由器不可用，這種選擇過程就提供了動(dòng)態(tài)的故障轉(zhuǎn)移機(jī)制，這就允許虛擬路由器的IP地址可以作為終端主機(jī)的默認(rèn)第一跳路由器.使用VRRP的好處是有更高的默認(rèn)路徑的可用性而無需在每個(gè)終端主機(jī)上配置動(dòng)態(tài)路由或路由發(fā)現(xiàn)協(xié)議.

2 VRRP概述

舉一個(gè)典型的內(nèi)部網(wǎng)組網(wǎng)方案的例子.交換機(jī)的一個(gè)接口與外部網(wǎng)絡(luò)相連，一個(gè)接口與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)相連，與內(nèi)部網(wǎng)相連的接口的IP地址是10.5.10.1，主機(jī)1，2，3都配置了IP地址，都在網(wǎng)段10.5.10.0/24內(nèi).主機(jī)1，2，3上都配置了一個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，下一跳指向交換機(jī)，下一跳的IP地址是10.5.10.1.這樣，主機(jī)發(fā)送一個(gè)目的IP地址不在本網(wǎng)段內(nèi)的報(bào)文會(huì)匹配缺省路由而發(fā)送到交換機(jī)，交換機(jī)再把報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)出去，交換機(jī)也把外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的主機(jī)，這樣主機(jī)就實(shí)現(xiàn)了與外部網(wǎng)絡(luò)的通信.

在上面這種組網(wǎng)方案中，主機(jī)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的通信只能通過這個(gè)唯一的交換機(jī)，當(dāng)交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，所有的主機(jī)都與外部中斷.為了解決這個(gè)問題，有一種解決方案就是把一臺(tái)交換機(jī)擴(kuò)展為兩臺(tái)或多臺(tái)交換機(jī)，在主機(jī)和交換機(jī)之間都運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由協(xié)議OSPF或RIP.

當(dāng)主機(jī)運(yùn)行了動(dòng)態(tài)路由協(xié)議后，主機(jī)上能夠?qū)W習(xí)到外部網(wǎng)絡(luò)所有的路由，主機(jī)在與外部網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)，根據(jù)報(bào)文的目的IP地址查找路由得到下一跳來決定報(bào)文是發(fā)送給switch1還是switch2.當(dāng)其中的一臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，主機(jī)中的路由在很短的時(shí)間內(nèi)能夠重新學(xué)習(xí)，路由的下一跳會(huì)指向沒有故障的路由器，這樣，主機(jī)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信不會(huì)中斷.

但是，在主機(jī)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議是不現(xiàn)實(shí)的.對(duì)于主機(jī)來說，運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由協(xié)議負(fù)載太大，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來說，主機(jī)上運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)上過多的不必要的數(shù)據(jù)流量，況且有些主機(jī)根本就不支持動(dòng)態(tài)路由協(xié)議.

為了根本解決這個(gè)單點(diǎn)故障的問題，VRRP協(xié)議是最好的選擇.VRRP協(xié)議是專門針對(duì)這個(gè)問題而提出來的.使用VRRP協(xié)議，主機(jī)只需要設(shè)置默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，而不需要在主機(jī)上運(yùn)行別的協(xié)議，主機(jī)的負(fù)載小，而網(wǎng)絡(luò)上只需要增加很少的VRRP協(xié)議流.

3 VRRP術(shù)語

下面介紹幾個(gè)經(jīng)常要用到的術(shù)語：

3.1 VirtualRouter

虛擬路由器，一個(gè)抽象對(duì)象，基于子網(wǎng)接口，包括一個(gè)虛擬路由器標(biāo)識(shí)符（VRID）和一個(gè)或多個(gè)IP地址，這個(gè)（些）IP地址又稱為虛擬IP地址，虛擬IP地址作為主機(jī)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān).

3.2 VRRPRouter

VRRP路由器，即運(yùn)行VRRP協(xié)議的路由器，一個(gè)VRRP路由器可以加入到一個(gè)或多個(gè)虛擬路由器中.

3.3 IPAddressOwner

IP地址擁有者，虛擬路由器的虛擬IP地址與接口的真實(shí)IP地址相同的VRRP路由器.

3.4 VirtualRouterMaster

虛擬主路由器，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)通過虛擬路由器的三層數(shù)據(jù)包，對(duì)虛擬路由器的IP地址的ARP請(qǐng)求進(jìn)行回應(yīng).如果某個(gè)VRRP路由器是IP地址擁有者，則它總是虛擬主路由器.

3.5 VirtualRouterBackup

虛擬備份路由器，不轉(zhuǎn)發(fā)三層數(shù)據(jù)包，不應(yīng)答虛擬IP地址的ARP請(qǐng)求，當(dāng)虛擬主路由器出現(xiàn)故障時(shí)接替虛擬主路由器的工作.

4 虛擬主路由器的選舉

在一個(gè)虛擬路由器中虛擬主路由器的選擇由以下因素來決定：

4.1 VRRP優(yōu)先級(jí)

一個(gè)虛擬路由器中的每一個(gè)VRRP路由器都需要配置一個(gè)優(yōu)先級(jí)priority.優(yōu)先級(jí)的范圍從0到255，其中0和255有特殊的用途，可配置的優(yōu)先級(jí)范圍從1到254，缺省為100.

優(yōu)先級(jí)的值越大，優(yōu)先級(jí)越高，越有可能成為虛擬主路由器[1].

在一個(gè)虛擬路由器中當(dāng)某個(gè)VRRP路由器是IP地址擁有者時(shí)，它的優(yōu)先級(jí)是255.

當(dāng)虛擬主路由器需要通告給其它備份路由器它不再是主時(shí)，發(fā)送優(yōu)先級(jí)為0的VRRP包給其它備份路由器，這樣可以快速觸發(fā)其它備份路由器成為虛擬主路由器.

4.2 VRRP包交互

VRRP協(xié)議只有一種類型的包，ADVERTISEMENT通告包.在一個(gè)虛擬路由器中，虛擬主路由器每隔AdvertisementInterval時(shí)間（缺省為1秒）發(fā)送一個(gè)通告包.虛擬備份路由器根據(jù)收到的VRRP通告包來決定是否需要狀態(tài)遷移.

5 VRRP跟蹤

VRRP協(xié)議本身只能檢測(cè)虛擬路由器內(nèi)部的故障，如虛擬路由器所在的接口LINKDOWN或VRRP路由器死機(jī)等，而檢測(cè)不到虛擬路由器外部的故障.當(dāng)虛擬路由器外部出現(xiàn)故障時(shí)，虛擬路由器不能根據(jù)這些故障進(jìn)行虛擬主路由器的選擇，這樣會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的中斷[2].VRRP跟蹤可以解決此問題，VRRP路由器對(duì)指定的外部事件進(jìn)行跟蹤，當(dāng)出現(xiàn)外部故障時(shí)VRRP路由器改變自己的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)，重新選擇虛擬主路由器，保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不中斷.

當(dāng)虛擬主路由器Switch1的外部接口LINK DOWN時(shí)，如果沒有啟用VRRP跟蹤功能，Switch1不能檢測(cè)到此外部故障，Swith1繼續(xù)是虛擬主路由器，主機(jī)不能訪問外部網(wǎng)絡(luò).如果啟用了VRRP跟蹤功能，Switch1能夠發(fā)現(xiàn)外部故障，并且修改自己的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)，重新進(jìn)行虛擬主路由器的選擇，Switch1改變?yōu)樘摂M備份路由器，Switch2改變?yōu)樘摂M主路由器，這樣主機(jī)可以繼續(xù)訪問外部網(wǎng)絡(luò).

6 VRRP配置

6.1 創(chuàng)建和刪除虛擬路由器

虛擬路由器是建立在子網(wǎng)接口上的，并且需要指定一個(gè)VRID.在同一個(gè)接口下，不能有兩個(gè)相同VRID的虛擬路由器存在，而不同的接口下可以存在兩個(gè)相同的VRID的虛擬路由器.理論上一個(gè)接口下最多可以創(chuàng)建255個(gè)虛擬路由器，而目前交換機(jī)只實(shí)現(xiàn)了一個(gè)接口下最多創(chuàng)建4個(gè)虛擬路由器[3].系統(tǒng)缺省情況下沒有創(chuàng)建虛擬路由器.

當(dāng)一個(gè)虛擬路由器不再需要使用時(shí)，可以刪除此虛擬路由器，如果虛擬路由器已經(jīng)啟動(dòng)了，則會(huì)先關(guān)閉虛擬路由器，再把虛擬路由器刪除.

在創(chuàng)建虛擬路由器之前，必須先保證接口已經(jīng)存在并且在接口上已經(jīng)配置了IP地址.

在刪除VLAN接口、刪除VLAN接口上的IP地址或修改VLAN接口的IP地址時(shí)，該接口上的所有虛擬路由器都會(huì)被刪除.

6.2 配置虛擬路由器的虛擬IP地址

虛擬路由器上必須配置虛擬IP地址，理論上一個(gè)虛擬路由器可以存在一個(gè)或多個(gè)虛擬IP地址，但交換機(jī)在實(shí)現(xiàn)時(shí)一個(gè)虛擬路由器只支持一個(gè)虛擬IP地址.在配置時(shí)，一個(gè)虛擬路由器中的多個(gè)VRRP路由器必須配置相同的虛擬IP地址.缺省情況下交換機(jī)沒有配置虛擬IP地址.

配置虛擬路由器的虛擬IP地址必須在虛擬路由器已經(jīng)關(guān)閉的情況下才能成功，當(dāng)虛擬路由器啟動(dòng)時(shí)不能配置成功.

設(shè)置的虛擬IP地址必須與接口的主IP地址在同一個(gè)網(wǎng)段，否則配置不成功.

主機(jī)PING不通虛擬IP地址，當(dāng)對(duì)交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)管時(shí)，使用交換機(jī)的真實(shí)的IP地址，不要用虛擬IP地址.

6.3 配置虛擬路由器的參數(shù)

虛擬路由器的參數(shù)包括優(yōu)先級(jí)，搶占模式，通告時(shí)間間隔，認(rèn)證方法和認(rèn)證數(shù)據(jù).

在配置時(shí)，對(duì)于虛擬路由器的多個(gè)VRRP路由器，通告時(shí)間間隔，認(rèn)證方法和認(rèn)證數(shù)據(jù)必須配置一樣，而優(yōu)先級(jí)和搶占模式參數(shù)可以配置一樣，也可以配置不一樣.

對(duì)于優(yōu)先級(jí)，分為配置優(yōu)先級(jí)和運(yùn)行優(yōu)先級(jí)，大部分情況下，運(yùn)行優(yōu)先級(jí)使用的是配置優(yōu)先級(jí)，但當(dāng)VRRP路由器是IP地址擁有者時(shí)，運(yùn)行優(yōu)先級(jí)為255，不使用配置優(yōu)先級(jí).對(duì)于認(rèn)證方法，交換機(jī)目前只實(shí)現(xiàn)了不做認(rèn)證和簡(jiǎn)單口令認(rèn)證兩種方式，而對(duì)于IP認(rèn)證頭方式?jīng)]有實(shí)現(xiàn).

6.4 配置VRRP跟蹤

目前交換機(jī)只實(shí)現(xiàn)了VRRP接口跟蹤功能. VRRP路由器可以同時(shí)跟蹤一個(gè)或多個(gè)接口，接口可以是三層VLAN接口，也可以是二層接口.交換機(jī)缺省沒有配置被跟蹤的接口.

如果VRRP路由器是IP地址擁有者時(shí)[4]，管理員可以配置VRRP跟蹤，但實(shí)際上VRRP跟蹤不會(huì)生效，也就是說即使虛擬路由器出現(xiàn)了外部故障，也不會(huì)重新選擇虛擬主路由器.

如果要使用VRRP跟蹤功能，就不要把虛擬路由器配置成IP地址擁有者.

當(dāng)管理員配置了VRRP跟蹤，指定了要跟蹤的一個(gè)或多個(gè)接口并且啟動(dòng)了虛擬路由器時(shí)，VRRP跟蹤就開始生效.當(dāng)VRRP路由器發(fā)現(xiàn)被跟蹤的一個(gè)接口LINKDOWN時(shí)，認(rèn)為出現(xiàn)了外部故障，把虛擬路由器的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)置為1，通過VRRP協(xié)議包的交互，可重新選擇虛擬主路由器.當(dāng)被跟蹤的接口都是LINKUP時(shí)，故障恢復(fù)，虛擬路由器的運(yùn)行優(yōu)先級(jí)重新設(shè)置為配置優(yōu)先級(jí).

6.5 啟動(dòng)和關(guān)閉虛擬路由器

當(dāng)創(chuàng)建了虛擬路由器并且設(shè)置了虛擬IP地址和參數(shù)后，虛擬路由器并沒有真正運(yùn)行，還處于Initialize狀態(tài).啟動(dòng)虛擬路由器會(huì)啟動(dòng)協(xié)議的運(yùn)行，給協(xié)議發(fā)送一個(gè)Startup事件，狀態(tài)機(jī)遷移到Master狀態(tài)或者Backup狀態(tài).關(guān)閉虛擬路由器會(huì)關(guān)閉協(xié)議的運(yùn)行，給協(xié)議發(fā)送一個(gè)Shutdown事件，狀態(tài)遷回到Initialize狀態(tài)[5].

在啟動(dòng)虛擬路由器前必須保證已經(jīng)配置了虛擬IP地址.在虛擬路由器啟動(dòng)的情況下，如果需要修改虛擬IP地址或者參數(shù)，必須先關(guān)閉虛擬路由器再進(jìn)行配置，配置完成后再啟動(dòng)虛擬路由器.

7 VRRP配置示例

7.1 配置

在兩臺(tái)交換機(jī)上啟用VRRP功能，為局域網(wǎng)中的用戶提供三層路由冗余功能，消除網(wǎng)絡(luò)中的路由故障，設(shè)置交換機(jī)1為主用交換機(jī)Master，交換機(jī)2為備份交換機(jī)Backup.

交換機(jī)1上的配置：

Switch#configureterminal

Switch(config)#vlandatabase

Switch(config-vlan)#vlan2

Switch(config-vlan)#exit

Switch(config)#interfacege1/1

Switch(config-ge1/1)#switchportaccessvlan2

Switch(config-ge1/1)#exit

Switch(config)#interfacevlan2

Switch(config-vlan2)#ipaddress192.168.1.1/24

Switch(config-vlan2)#exit

Switch(config)#routervrrpvlan21

Switch(config-vrrp)#vrrpip-address192.168.1.1

Switch(config-vrrp)#enablevrrp

交換機(jī)2上的配置：

Switch#configureterminal

Switch(config)#vlandatabase

Switch(config-vlan)#vlan2

Switch(config-vlan)#exit

Switch(config)#interfacege1/1

Switch(config-ge1/1)#switchportaccessvlan2

Switch(config-ge1/1)#exit

Switch(config)#interfacevlan2

Switch(config-vlan2)#ipaddress192.168.1.2/24

Switch(config-vlan2)#exit

Switch(config)#routervrrpvlan21

Switch(config-vrrp)#vrrpip-address192.168.1.1

Switch(config-vrrp)#enablevrrp

7.2 驗(yàn)證

通過以下命令查看VRRP的信息：

showrunning-config

showvrrp

showvrrpvlan2

〔1〕陳顯毅.VRRP技術(shù)在局域網(wǎng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)科技信息，2009(10).

〔2〕傅慧斌.基于VRRP的核心交換機(jī)冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].辦公自動(dòng)化，2009(16).

〔3〕蒲寶卿.一種提高校園網(wǎng)可靠性的VRRP協(xié)議解決方案[J].甘肅高師學(xué)報(bào)，2011(02).

〔4〕嚴(yán)華.VRRP技術(shù)在校園網(wǎng)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2007(12).

〔5〕張衛(wèi)東.虛擬路由器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(02).

TP39

A

1673-260X（2013）03-0020-03