虚拟路由冗余协议VRRP

　　什么是VRRP？
　　虚拟路由冗余协议VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）是一种用于提高网络可靠性的容错协议。通过VRRP，可以在主机的下一跳设备出现故障时，及时将业务切换到备份设备，从而保障网络通信的连续性和可靠性。 VRRP的工作原理
　　VRRP的三种状态
　　VRRP协议中定义了三种状态机：初始状态（Initialize）、活动状态（Master）、备份状态（Backup）。其中，只有处于Master状态的设备才可以转发那些发送到虚拟IP地址的报文。下表详细描述了三种状态。
　　VRRP选举机制
　　VRRP根据优先级来确定虚拟路由器中每台路由器的角色（Master路由器或Backup路由器）。优先级越高，则越有可能成为Master路由器。
　　初始创建的路由器工作在Backup状态，通过VRRP报文的交互获知虚拟路由器中其他成员的优先级：
　　如果VRRP报文中Master路由器的优先级高于自己的优先级，则路由器保持在Backup状态；
　　如果VRRP报文中Master路由器的优先级低于自己的优先级，采用抢占工作方式的路由器将抢占成为Master状态，周期性地发送VRRP报文，采用非抢占工作方式的路由器仍保持Backup状态；
　　如果在一定时间内没有收到VRRP报文，则路由器切换为Master状态。
　　VRRP优先级的取值范围为0到255（数值越大表明优先级越高），可配置的范围是1到254，优先级0为系统保留给路由器放弃Master位置时候使用，255则是系统保留给IP地址拥有者使用。当路由器为IP地址拥有者时，其优先级始终为255且不能修改。因此，当虚拟路由器内存在IP地址拥有者时，只要其工作正常，则为Master路由器 ，选举方式如下图所示。
　　注：当vrrp组中的优先级相同时，先启动完成初始化的路由器为Master不比较IP大小，backup不抢占；只有vrrp组中的所有路由器同时启动且优先级相同才比较IP大小，IP大的为Master
　　配置命令
　　vrrp主备备份
　　[SwitchA] interface vlanif 100[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.111[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 priority 120                  //设备在VRRP备份组中的优先级缺省为100，修改Master设备的优先级大于Backup设备[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20   //设备在VRRP备份组中缺省采用立即抢占方式。修改Master设备的延迟抢占时间，以避免在网络环境不稳定时，由于双方频繁抢占而导致流量中断的问题[SwitchA-Vlanif100] quitSwitchB配置相同[SwitchA] display vrrp  Vlanif100 | Virtual Router 1    State : Master    Virtual IP : 10.1.1.111    Master IP : 10.1.1.1    PriorityRun : 120    PriorityConfig : 120                                                            MasterPriority : 120                                                            Preempt : YES   Delay Time : 20 s    TimerRun : 1 s    TimerConfig : 1 s    Auth type : NONE                                                                Virtual MAC : 0000-5e00-0101                                                    Check TTL : YES                                                                 Config type : normal-vrrp                                                       Backup-forward : disabled    Create time : 2012-01-12 20:15:46    Last change time : 2012-01-12 20:20:56
　　vrrp实现负载分担
　　[SwitchA] interface vlanif 100[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.10.111[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 priority 120                 //设备在VRRP备份组中的优先级缺省为100，修改Master设备的优先级大于Backup设备[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20  //设备在VRRP备份组中缺省采用立即抢占方式。修改Master设备的延迟抢占时间，以避免在网络环境不稳定时，由于双方频繁抢占而导致流量中断的问题[SwitchA-Vlanif100] quit[SwitchA] interface vlanif 500[SwitchA-Vlanif500] vrrp vrid 2 virtual-ip 10.1.50.111[SwitchA-Vlanif500] quit[SwitchB] interface vlanif 100[SwitchB-Vlanif100] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.10.111[SwitchB-Vlanif100] quit[SwitchB] interface vlanif 500[SwitchB-Vlanif500] vrrp vrid 2 virtual-ip 10.1.50.111[SwitchB-Vlanif500] vrrp vrid 2 priority 120                 //设备在VRRP备份组中的优先级缺省为100，修改Master设备的优先级大于Backup设备[SwitchB-Vlanif500] vrrp vrid 2 preempt-mode timer delay 20  //设备在VRRP备份组中缺省采用立即抢占方式。修改Master设备的延迟抢占时间，以避免在网络环境不稳定时，由于双方频繁抢占而导致流量中断的问题[SwitchB-Vlanif500] quitVRRP与BFD联动
　　VRRP备份组通过收发VRRP协议报文进行主备状态的协商，以实现设备的冗余备份功能。当VRRP备份组之间的链路出现故障时，由于此时VRRP报文无法正常协商，Backup设备需要等待3倍协商周期（通常为3秒左右）后才会切换为Master设备，在等待切换期间内，业务流量仍会发往Master设备，此时会造成业务流量丢失。
　　BFD能够快速检测、监控网络中链路或者IP路由的连通状况，通过部署VRRP与BFD联动，可以使主备切换的时间控制在1秒以内，有效解决上述问题。通过在Master设备和Backup设备之间建立BFD会话并与VRRP备份组进行绑定，由BFD机制快速检测VRRP备份组的通信故障，并在出现故障时及时通知VRRP备份组进行主备切换，从而大大减少应用中断时间。
　　[SwitchA] interface vlanif 100[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.3[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 priority 120                 //设备在VRRP备份组中的优先级缺省为100，修改Master设备的优先级大于Backup设备[SwitchA-Vlanif100] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20  //设备在VRRP备份组中缺省采用立即抢占方式。修改Master设备的延迟抢占时间，以避免在网络环境不稳定时，由于双方频繁抢占而导致流量中断的问题[SwitchA-Vlanif100] quit[SwitchB] interface vlanif 100[SwitchB-Vlanif100] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.3[SwitchB-Vlanif100] quit[SwitchA] bfd[SwitchA-bfd] quit[SwitchA] bfd atob bind peer-ip 10.1.1.2 interface vlanif 100 //配置静态BFD会话，监测备份组之间的链路。[SwitchA-bfd-session-atob] discriminator local 1 //配置BFD会话的本地标识符，SwitchA上的本地标识符需要与SwitchB上的远端标识符一致[SwitchA-bfd-session-atob] discriminator remote 2 //配置BFD会话的远端标识符，SwitchA上的远端标识符需要与SwitchB上的本地标识符一致[SwitchA-bfd-session-atob] min-rx-interval 100 //配置BFD报文的接收间隔[SwitchA-bfd-session-atob] min-tx-interval 100 //配置BFD报文的发送间隔[SwitchA-bfd-session-atob] commit //提交BFD会话配置，使配置生效[SwitchA-bfd-session-atob] quit[SwitchA] display bfd session all--------------------------------------------------------------------------------Local Remote PeerIpAddr      State     Type        InterfaceName                --------------------------------------------------------------------------------1     2      10.1.1.2      Up        S_IP_IF     Vlanif100         --------------------------------------------------------------------------------     Total UP/DOWN Session Number : 1/0     [SwitchB] bfd[SwitchB-bfd] quit[SwitchB] bfd btoa bind peer-ip 10.1.1.1 interface vlanif 100[SwitchB-bfd-session-btoa] discriminator local 2[SwitchB-bfd-session-btoa] discriminator remote 1[SwitchB-bfd-session-btoa] min-rx-interval 100[SwitchB-bfd-session-btoa] min-tx-interval 100[SwitchB-bfd-session-btoa] commit[SwitchB-bfd-session-btoa] quit配置vrrp与bfd联动在SwitchB上配置VRRP与BFD联动，当BFD会话状态Down时，SwitchB的优先级增加40[SwitchB] interface vlanif 100[SwitchB-Vlanif100] vrrp vrid 1 track bfd-session 2 increased 40 //其中2代表BFD会话的本地标识符[SwitchB-Vlanif100] quit验证[SwitchA] display vrrp  Vlanif100 | Virtual Router 1    State : Master    Virtual IP : 10.1.1.3    Master IP : 10.1.1.1    PriorityRun : 120    PriorityConfig : 120    MasterPriority : 120    Preempt : YES   Delay Time : 20 s    TimerRun : 1 s    TimerConfig : 1 s    Auth type : NONE    Virtual MAC : 0000-5e00-0101    Check TTL : YES    Config type : normal-vrrp    Backup-forward : disabled    Create time : 2012-01-12 20:15:46    Last change time : 2012-01-12 20:15:46[SwitchB] display vrrp  Vlanif100 | Virtual Router 1    State : Backup    Virtual IP : 10.1.1.3    Master IP : 10.1.1.1    PriorityRun : 100    PriorityConfig : 100    MasterPriority : 120    Preempt : YES   Delay Time : 0 s    TimerRun : 1 s    TimerConfig : 1 s    Auth type : NONE    Virtual MAC : 0000-5e00-0101    Check TTL : YES    Config type : normal-vrrp    Backup-forward : disabled    Track BFD : 2  Priority increased : 40    BFD-session state : UP    Create time : 2012-01-12 20:15:46   Last change time : 2012-01-12 20:15:46
　　模拟故障
　　# 在SwitchA的接口GE1/0/1上执行 shutdown 命令，模拟链路故障。此时在SwitchA和SwitchB上分别执行 display vrrp 命令，可以看出SwitchA状态变为Initialize，SwitchB状态变为Master，联动的BFD会话状态为DOWN。
　　在SwitchA的接口GE1/0/1上执行 undo shutdown 命令，模拟故障恢复。等待20秒后，分别在SwitchA和SwitchB上执行 display vrrp 命令，可以看出SwitchA状态恢复为Master，SwitchB状态恢复为Backup，联动的BFD会话状态恢复为UP。
　　VRRP与接口状态联动监视上行接口
　　[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.3[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 priority 120[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit[RouterB] interface gigabitethernet 2/0/0[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.3[RouterB-GigabitEthernet2/0/0] quit[RouterA] interface gigabitethernet 2/0/0[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] vrrp vrid 1 track interface gigabitethernet 1/0/0 reduced 40 监视的接口GE1/0/0状态Down时，RouterA的优先级降低40。[RouterA-GigabitEthernet2/0/0] quit[RouterA] display vrrp  GigabitEthernet2/0/0 | Virtual Router 1    State          : Master    Virtual IP       : 10.1.1.3    Master IP        : 10.1.1.1    PriorityRun      : 120    PriorityConfig   : 120    MasterPriority   : 120    Preempt          : YES   Delay Time : 20 s       TimerRun         : 1 s     TimerConfig      : 1 s    Auth Type        : NONE    Virtual Mac      :  0000-5e00-0101    Check TTL        : YES    Config type      : normal-vrrp                  Backup-forward   : disabled    Track IF         : GigabitEthernet1/0/0   Priority reduced : 40    IF state       : UP    Create time      : 2012-05-22 17:32:56    Last change time : 2012-05-22 17:33:00VRRP与路由联动监视上行链路
　　如图7-17所示，局域网内的主机通过Switch双归属到部署了VRRP备份组的RouterA和RouterB，其中RouterA为Master。正常情况下，RouterA承担网关工作，用户侧流量由Switch   RouterA   RouterC   RouterE进行转发。
　　用户希望当RouterC到RouterE之间路由撤销或者状态变为非激活时，VRRP备份组能感知并进行主备切换。启用RouterB承担业务转发，以减小链路故障对业务转发的影响。
　　[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.10[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 priority 120[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit[RouterB] interface gigabitethernet 1/0/0[RouterB-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.10[RouterB-GigabitEthernet1/0/0] quit[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 track ip route 172.16.1.0 24 reduced 40[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit
　　验证
　　在RouterA上执行 display isis route 命令，可以看到存在一条去往172.16.1.0/24网段的路由。
　　# 分别在RouterA和RouterB上执行 display vrrp 命令，可以看到RouterA的状态为Master，联动的路由状态为Reachable，RouterB的状态为Backup
　　# 在RouterE的接口GE1/0/0上执行 shutdown 命令，模拟链路故障。
　　# 分别在RouterA和RouterB上执行 display vrrp 命令，可以看到RouterA的状态切换为Backup，联动的路由状态为Unreachable，RouterB的状态切换为Master。
　　# 在RouterE的接口GE1/0/0上执行 undo shutdown 命令，恢复链路故障。等待20秒后，分别在RouterA和RouterB上执行 display vrrp 命令，可以看到RouterA的状态恢复为Master，联动的路由状态恢复为Reachable，RouterB的状态恢复为Backup。 VRRP与NQA联动监视上行链路
　　组网需求
　　如图7-16所示，局域网内的主机通过Switch双归属到部署了VRRP备份组的RouterA和RouterB，其中RouterA为Master。正常情况下，RouterA承担网关工作，用户侧流量由Switch   RouterA   RouterC   RouterE进行转发。
　　用户希望当RouterC到RouterE之间的链路故障或链路质量较差时，VRRP备份组可以感知并进行主备切换，启用RouterB承担业务转发，以减小链路故障对业务转发的影响。
　　配置思路
　　采用VRRP与NQA联动实现对上行链路故障的感知及主备网关的切换，配置思路如下：配置各设备接口IP地址及路由协议，使网络层路由可达。在RouterA和RouterB上配置VRRP备份组，其中RouterA的优先级为120，抢占延时为20秒，作为Master设备；RouterB的优先级为缺省值，作为Backup设备，实现网关的主备备份。在RouterA上配置ICMP类型的NQA测试例，配置目的地址为RouterE上接口GE1/0/0的IP地址，监测RouterA到RouterE的接口GE1/0/0间链路的连通性。在RouterA上配置VRRP和NQA联动，当NQA检测到链路故障时，触发VRRP备份组进行主备切换。[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.10[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 priority 120[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 20[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit[RouterB] interface gigabitethernet 1/0/0[RouterB-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.1.1.10[RouterB-GigabitEthernet1/0/0] quit在RouterA上配置目的IP地址为20.1.1.2/24的ICMP类型的NQA测试例，当丢包率达到80%时，判定测试例failed。[RouterA] nqa test-instance user test[RouterA-user-test] test-type icmp[RouterA-user-test] destination-address ipv4 20.1.1.2[RouterA-user-test] frequency 20  探测频率[RouterA-user-test] probe-count 5   计数[RouterA-user-test] fail-percent 80 失败百分比[RouterA-user-test] start now[RouterA-user-test] quit在RouterA配置VRRP与NQA联动功能，当NQA测试例failed时，RouterA的优先级降低40。[RouterA] interface gigabitethernet 1/0/0[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] vrrp vrid 1 track nqa user test reduced 40[RouterA-GigabitEthernet1/0/0] quit