VRRP的概念及應用場景
VRRP（虛擬路由冗余協議）概念
VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由冗余協議）是一種路由容錯協議，用于在多個路由器之間提供網關冗余，確保當主路由器故障時，備份路由器能無縫接管流量，保障網絡的高可用性。
核心原理
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虛擬路由器（Virtual Router）：
- 多個物理路由器組成一個邏輯上的虛擬路由器（VRRP組），共享一個虛擬IP地址（VIP）和虛擬MAC地址。
- 終端設備將默認網關配置為該VIP，而非具體物理路由器的IP。
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主備選舉（Master/Backup）：
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通過優先級（Priority，默認100，范圍0-255）選舉主路由器（Master），優先級高的獲勝，優先級相同時接口IP大的為主路由器。管理員只能手動配置1-254，0表示設備停止參與VRRP備份組（比如shutdown了），255保留給ip擁有者（虛擬ip與接口ip一樣）。
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在同一個VRRP組（VRID）中，同一時刻只能有一個主路由器（Master），但可以存在多個備份路由器（Backup）。
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vrid虛擬路由器標識，需要手工指定，范圍1-255。
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Master周期性發送VRRP通告（Advertisement）聲明存活，Backup監聽。
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- VRRP協議報文格式
- 協議版本VRRPv2（常用，今適用于ipv4網絡）和VRRPv3（ipv4和ipv6都適用）
- VRRP協議報文是Master路由器以組播的方式，定時發送的VRRP報文。
- 只有一種報文：Advertisement報文；目的地址是224.0.0.18（組播）進行發送。目的mac地址是01-00-5e-00-00-12,ip協議號是112。
- 虛擬路由器由LAN上唯一的Virtual Router ID標識。并具有虛MAC地址：00-00-5E-00-01-{vrid}
- 故障切換（Failover）：
- （Advertisement Interval）默認為1秒。
- 如果Backup在超時時間（默認3倍Advertisement間隔，通常3秒內未收到通告，則接管Master角色。
- 切換過程對終端透明（ARP表自動更新，backup成為master后發送免費arp報文，刷新交換機的mac地址表）。
- VRRP路由器在備份組內除Master和Backup狀態外，還可能處于Initialize狀態。
VRRP虛IP地址的ARP響應：
- 主路由器激活虛IP地址，同時也激活該IP對應的虛MAC地址，主機發送虛IP地址的ARP請求時，主路由器使用虛MAC進行ARP響應。
- 備份路由器不激活虛擬IP地址，也不激活虛擬MAC地址，更不進行虛IP的ARP響應，也不接收目的MAC是虛MAC的報文。
2.1 正常切換過程
Master故障：Backup檢測到Master宕機（3倍Advertisement超時），升主。
新Master發送GARP：
使用虛擬MAC地址作為源MAC，廣播GARP報文。
交換機收到后更新端口-MAC映射，終端更新ARP緩存。
流量無縫切換：數據包正確流向新Master。
2.2 未啟用GARP的后果
二層網絡問題：
如果新Master不發送GARP，交換機仍保留舊Master的MAC表項，導致流量仍發往故障設備，造成通信中斷。
終端ARP緩存過期依賴：
終端可能需等待ARP緩存超時（通常幾分鐘）才能恢復通信。
VRRP的相關概念
左側為物理鏈路，右側為邏輯鏈路
VRRP跟蹤接口功能
- 當Master路由器連接上行鏈路的接口處于Down狀態時，路由器主動降低自己的優先級，使得備份組內重新選擇Master，承擔轉發任務。
VRRP搶占（Preemption）
VRRP搶占（Preemption）是指當高優先級的路由器恢復在線后，是否立即奪回Master角色的機制。它是VRRP高可用性的關鍵特性之一，合理配置可避免網絡震蕩或業務中斷。
1. 搶占的工作原理
1.1 搶占的觸發條件
- 優先級比較：
當原Master故障后，Backup路由器接管。若原Master恢復且優先級高于當前Master，觸發搶占。 - Preempt模式啟用：
必須顯式配置搶占（默認情況下，部分廠商設備可能禁用搶占）。
1.2 搶占過程
- 原Master恢復后，發送VRRP通告（Advertisement）聲明自己的優先級。
- 當前Master收到通告后，比較優先級：
- 如果新優先級更高，當前Master主動降級為Backup，恢復的路由器成為Master。
- 如果優先級相同或更低，忽略搶占請求。
- 終端設備通過免費ARP（Gratuitous ARP）更新網關MAC地址。
2. 搶占的配置（以華為/思科為例）
2.1 華為設備配置
interface GigabitEthernet0/0/1 vrrp vrid 1 virtual-ip 192.168.1.254 vrrp vrid 1 priority 120 # 設置高優先級（默認100） vrrp vrid 1 preempt-mode # 啟用搶占（默認開啟） vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 5 # 延遲5秒搶占（避免頻繁切換）
preempt-mode：啟用搶占（默認開啟）。timer delay：延遲搶占時間（單位：秒），防止因短暫抖動導致角色切換。
2.2 思科設備（HSRP配置）
interface GigabitEthernet0/1 standby 1 ip 192.168.1.254 standby 1 priority 110 standby 1 preempt # 啟用搶占 standby 1 preempt delay minimum 5 # 延遲5秒搶占
preempt：啟用搶占（HSRP默認關閉，需手動開啟）。delay minimum：設置搶占延遲。
3. 搶占的應用場景
3.1 需要搶占的場景
- 主設備性能更強：
例如，Master是高性能核心路由器，Backup是備用設備，主設備恢復后應立刻接管流量。 - 業務依賴特定設備：
如防火墻或負載均衡器作為Master，需保證流量始終經過主設備。
3.2 不需要搶占的場景
- 網絡穩定性優先：
如果主備設備性能相當，頻繁切換可能導致業務抖動，可關閉搶占。 - 短暫故障恢復：
如主設備因端口閃斷（Port Flap）短暫下線，延遲搶占可避免不必要的切換。
4. 搶占的注意事項
4.1 避免腦裂（Split-Brain）
- 心跳檢測：確保Master和Backup之間的鏈路可靠（可結合BFD或鏈路檢測）。
- 優先級一致性問題：
不同設備的VRRP優先級配置錯誤可能導致多個Master沖突。
4.2 搶占延遲（Preempt Delay）
- 作用：防止因接口抖動（如端口Up/Down）導致頻繁切換。
- 推薦值：通常設置3~10秒，具體取決于網絡穩定性需求。
4.3 免費ARP（Gratuitous ARP）
- 搶占成功后，新Master會發送免費ARP更新終端設備的ARP緩存，確保流量無縫切換。
5. 常見問題（FAQ）
Q1：搶占默認開啟嗎？
- 華為VRRP：默認開啟搶占（
preempt-mode）。 - 思科HSRP：默認關閉搶占（需手動
standby 1 preempt）。
Q2：搶占會導致流量中斷嗎？
- 正常情況下不會：
切換過程會發送免費ARP更新終端ARP表，流量中斷時間極短（毫秒級）。 - 若配置不當可能丟包：
如未啟用搶占延遲，頻繁切換可能導致短暫丟包。
Q3：如何驗證搶占是否生效？
- 查看VRRP狀態：
display vrrp [verbose] # 華為 show standby # 思科 - 模擬測試：
手動關閉Master接口，觀察Backup是否接管，再恢復接口檢查是否搶占。
6. 總結
| 關鍵點 | 說明 |
|---|---|
| 搶占的作用 | 高優先級設備恢復后重新成為Master，保證流量最優路徑。 |
| 配置命令 | 華為：preempt-mode + timer delay；思科：preempt + delay minimum |
| 推薦延遲時間 | 3~10秒，避免頻繁切換。 |
| 適用場景 | 主設備性能更強或業務依賴特定設備時建議啟用。 |
| 不適用場景 | 主備設備性能相當或網絡穩定性要求極高時可關閉搶占。 |
合理配置VRRP搶占，能在保障高可用的同時，避免不必要的網絡震蕩。
