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冗余路由协议:VRRP简介  

2013-12-15 01:46:22|  分类: 网络协议 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    在一个VRRP虚拟路由器(群)中,有多台物理的VRRP路由器,但是这多台的物理的机器并不能同时工作,而是由一台称为MASTER的负责路由工作,其它的都是BACKUP,MASTER并非一成不变,VRRP让每个VRRP路由器参与竞争,最终获胜的就是MASTER。     
    MASTER拥有一些特权,比如拥有虚拟路由器的IP地址, MASTER主机就是用这个IP地址作为静态路由。拥有特权的MASTER要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。

    在现实的网络环境中,两台需要通信的主机大多数情况下并没有直接的物理连接。对于这样的情况,它们之间路由怎样选择?
     主机如何选定到达目的主机的下一跳路由,一般解决方法有二种:
     1)在主机上使用动态路由协议(RIP、OSPF等);2)在主机上配置静态路由;

     当然,在非硬件级主机上配置动态路由是不太现实的,因为管理、维护成本以及是否支持等诸多问题。配置静态路由因此就变得十分流行,但路由器(或者说默认网关default gateway)却经常成为单点故障风险点。
       VRRP的目的就是为了解决静态路由单点故障问题而设计。
       VRRP通过一竞选(election)协议来动态的将路由任务交给LAN中虚拟路由器中的某台VRRP路由器,实现路由动态性摸拟。

VRRP工作机制与原理

      在一个VRRP虚拟路由器中,有多台物理的VRRP路由器,但是这多台的物理的机器并不同时工作,而是由一台称为MASTER的负责路由工作,其它的都是BACKUP,MASTER也并非一成不变,VRRP让每个VRRP路由器参与竞选(election协议来实现),最终获胜的就是MASTER。
      MASTER拥有一些特权,比如拥有虚拟路由器的IP地址,我们的主机就是用这个IP地址作为静态路由的。拥有特权的MASTER要负责转发发送给网关地址的包和响应ARP请求。

    VRRP通过竞选协议(election)来实现虚拟路由器的功能,所有的协议报文都是通过IP多播(multicast)包(多播地址224.0.0.18)形式发送。虚拟路由器由VRID(范围0-255)和一组IP地址组成,对外表现为一个周知的MAC地址。所以,在一个虚拟路由器中,不管谁是MASTER,对外都是相同的MAC和IP(称之为VIP)。客户端主机并不需要因为MASTER的改变而修改自己的路由配置,对他们来 说,这种主从的切换是透明的。

     在一个虚拟路由器中,只有作为MASTER的VRRP路由器会一直发送VRRP广告包(VRRPAdvertisement message),BACKUP不会抢占MASTER,除非它的优先级(priority)更高。当MASTER不可用时(BACKUP收不到广告包), 多台BACKUP中优先级最高的这台会被抢占为MASTER。这种抢占是非常快速的(<1s),以保证服务的连续性。

     由于安全性考虑,VRRP包使用了加密协议进行加密。

初始化:
     路由器启动时,如果路由器的优先级是255(最高优先级,路由器拥有路由器地址),要发送VRRP通告信息,并发送广播ARP信息通告路由器IP地址对应的MAC地址为路由虚拟MAC,设置通告信息定时器准备定时发送VRRP通告信息,转为MASTER状态;否则进入BACKUP状态,设置定时器检查定时检查是否收到MASTER的通告信息。

##主机MASTER
**************

MASTER主机状态下的路由器要完成如下功能:
设置定时通告定时器;
用VRRP虚拟MAC地址响应路由器IP地址的ARP请求;
转发目的MAC是VRRP虚拟MAC的数据包;
如果是虚拟路由器IP的拥有者,将接受目的地址是虚拟路由器IP的数据包,否则丢弃;
当收到shutdown的事件时删除定时通告定时器,发送优先权级为0的通告包,转初始化状态;
如果定时通告定时器超时时,发送VRRP通告信息;
收到VRRP通告信息时,如果优先权为0,发送VRRP通告信息;否则判断数据的优先级是否高于本机,或相等而且实际IP地址大于本地实际IP,设置定时通告定时器,复位主机超时定时器,转BACKUP状态;否则的话,丢弃该通告包;

###备机
***********

备机状态下的路由器要实现以下功能:
设置主机超时定时器;
不能响应针对虚拟路由器IP的ARP请求信息;
丢弃所有目的MAC地址是虚拟路由器MAC地址的数据包;
不接受目的是虚拟路由器IP的所有数据包;
当收到shutdown的事件时删除主机超时定时器,转初始化状态;
主机超时定时器超时的时候,发送VRRP通告信息,广播ARP地址信息,转MASTER状态;
收到VRRP通告信息时,如果优先权为0,表示进入MASTER选举;否则判断数据的优先级是否高于本机,如果高的话承认MASTER有效,复位主机超时定时器;否则的话,丢弃该通告包;

ARP查询处理

     当内部主机通过ARP查询虚拟路由器IP地址对应的MAC地址时,MASTER路由器回复的MAC地址为虚拟的VRRP的MAC地址,而不是实际网卡的 MAC地址,这样在路由器切换时让内网机器觉察不到;而在路由器重新启动时,不能主动发送本机网卡的实际MAC地址。
     如果虚拟路由器开启的ARP代理 (proxy_arp)功能,代理的ARP回应也回应VRRP虚拟MAC地址......

*********************

VRRP工作原理

一个VRRP路由器有唯一的标识:VRID,范围为0—255。该路由器对外表现为唯一的虚拟MAC地址,地址的格式为00-00-5E-00-01-[VRID]。主控路由器负责对ARP请求用该MAC地址做应答。这样,无论如何切换,保证给终端设备的是唯一一致的IPMAC地址,减少了切换对终端设备的影响。

VRRP控制报文只有一种:VRRP通告(advertisement)。它使用IP多播数据包进行封装,组地址为224.0.0.18,发布范围只限于同一局域网内。这保证了VRID在不同网络中可以重复使用。为了减少网络带宽消耗只有主控路由器才可以周期性的发送VRRP通告报文。备份路由器在连续三个通告间隔内收不到VRRP或收到优先级为0的通告后启动新的一轮VRRP选举。

VRRP路由器组中,按优先级选举主控路由器,VRRP协议中优先级范围是0—255。若VRRP路由器的IP地址和虚拟路由器的接口IP地址相同,则称该虚拟路由器作VRRP组中的IP地址所有者;IP地址所有者自动具有最高优先级:255。优先级0一般用在IP地址所有者主动放弃主控者角色时使用。可配置的优先级范围为1—254。优先级的配置原则可以依据链路的速度和成本、路由器性能和可靠性以及其它管理策略设定。主控路由器的选举中,高优先级的虚拟路由器获胜,因此,如果在VRRP组中有IP地址所有者,则它总是作为主控路由的角色出现。对于相同优先级的候选路由器,按照IP地址大小顺序选举。VRRP还提供了优先级抢占策略,如果配置了该策略,高优先级的备份路由器便会剥夺当前低优先级的主控路由器而成为新的主控路由器。

为了保证VRRP协议的安全性,提供了两种安全认证措施:明文认证和IP头认证。明文认证方式要求:在加入一个VRRP路由器组时,必须同时提供相同的VRID和明文密码。适合于避免在局域网内的配置错误,但不能防止通过网络监听方式获得密码。IP头认证的方式提供了更高的安全性,能够防止报文重放和修改等攻击。


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