Funktionsweise des VRRP-Protokolls

FHRP (First Hop Redundancy Protocol) — eine Protokollfamilie, die zur Schaffung von Redundanz für das Standardgateway gedacht ist. Das gemeinsame Konzept dieser Protokolle besteht darin, mehrere Router zu einem virtuellen Router mit einer gemeinsamen IP-Adresse zu verbinden. Diese IP-Adresse wird den Hosts als Standardgateway-Adresse zugewiesen. Eine lose Implementierung dieses Konzepts ist das VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol). In diesem Artikel werden wir die Grundlagen des VRRP-Protokolls betrachten.

VRRP-Router vereinigen sich zu einem virtuellen Router. Alle Router in der Gruppe haben eine gemeinsame virtuelle IP- (VIP) Adresse und eine gemeinsame Gruppenkennung oder VRID (Virtual Router Identifier). Ein Router kann Mitglied mehrerer Gruppen sein, wobei jede Gruppe eine eigene, eindeutige VIP/VRID-Paarung haben muss.

Im Fall von Cisco wird der virtuelle Router an dem interessierenden Interface mit dem Befehl festgelegt:

R1(config-if)# vrrp  ip

Alle Router werden in zwei Typen unterteilt: VRRP Master und VRRP Backup.

VRRP Master — ist der Router, der die Pakete für diese virtuelle Gruppe weiterleitet.

VRRP Backup — ist ein Router, der auf Pakete vom Master wartet. Wenn keine Pakete vom Master mehr eintreffen, versucht der Backup-Router, den Master-Zustand zu übernehmen.

Ein Router wird zum Master, wenn er die höchste Priorität hat. Der Master sendet ständig Nachrichten an die Broadcast-Adresse 224.0.0.18, um den Backups mitzuteilen, dass er aktiv ist. Der Master verschickt Nachrichten basierend auf dem Adver Timer, der standardmäßig 1 Sekunde beträgt.

Dabei wird die MAC-Adresse des Senders als Gruppenadresse 00:00:5E:00:01:xx verwendet, wobei xx die VRID im hexadezimalen Format ist. In diesem Beispiel wird die erste Gruppe verwendet.

Wenn die Backup-Router über drei Adver Timer (Master Down Timer) keine Nachrichten erhalten, wird der Router mit der höchsten Priorität neuer Master, oder der Router mit der höchsten IP-Adresse. Der Backup-Router mit höherer Priorität übernimmt die Rolle des Masters mit niedrigerer Priorität. Wenn jedoch der Backup die Funktion preempt deaktiviert hat, wird er die Rolle des Masters nicht übernehmen.

R1(config-if)# no vrrp  preempt

Wenn der VRRP-Router Eigentümer der VIP-Adresse ist, übernimmt er immer die Rolle des Masters.

Der VRRP-Prioritätswert kann zwischen 1 und 254 liegen. Der Wert 0 ist reserviert für Situationen, in denen der Master die Verantwortung für das Routing abgeben muss. abgeben Der Wert 255 wird dem Router zugewiesen, der der Besitzer der VIP-Adresse ist. Der Standardprioritätswert beträgt 100, kann jedoch administrativ festgelegt werden:

R1(config-if)#vrrp  priority

Hier können wir die Priorität des Routers sehen, wenn sie administrativ festgelegt wurde:

Und hier wird der Fall dargestellt, wenn der Router der Eigentümer der VIP-Adresse ist:

Ein VRRP-Router kann drei Zustände haben: Initialize, Backup, Master. Diese Zustände wechselt der Router nacheinander.

Im Zustand Initialize wartet der Router darauf, in Betrieb genommen zu werden. Wenn dieser Router der Besitzer der VIP-Adresse ist (Priorität gleich 255), sendet er Nachrichten, dass er Master wird. Er sendet außerdem eine gratuitous ARP-Anfrage, bei der die Quell-MAC-Adresse der Adresse des virtuellen Routers entspricht. Dann wechselt er in den Zustand Master. Wenn der Router nicht der Besitzer der VIP-Adresse ist, wechselt er in den Zustand Backup.

Im Backup-Zustand wartet der Router auf Pakete von Master. Der Router antwortet in diesem Zustand nicht auf ARP-Anfragen von der VIP-Adresse. Er akzeptiert auch keine Pakete, deren Zieladresse die MAC-Adresse des virtuellen Routers ist.

Wenn der Backup-Router innerhalb des Master Down Timers keine Nachrichten vom Master erhält, sendet er eine VRRP-Nachricht, dass er Master werden möchte. Anschließend sendet er eine Broadcast-VRRP-Nachricht, in der die Quell-MAC-Adresse der Adresse dieses virtuellen Routers entspricht. In dieser Nachricht gibt der Router seine Priorität an.

Im Master-Zustand verarbeitet der Router Pakete, die an den virtuellen Router gerichtet sind. Er antwortet auch auf ARP-Anfragen an die VIP. Der Master sendet alle Adver Timer VRRP-Nachrichten aus, um zu bestätigen, dass er aktiv ist.

*13. Mai 19:52:18.531: %VRRP-6-STATECHANGE: Et1/0 Grp 1 Zustand Init -> Backup
*13. Mai 19:52:21.751: %VRRP-6-STATECHANGE: Et1/0 Grp 1 Zustand Backup -> Master

VRRP ermöglicht auch die Lastverteilung zwischen mehreren Routern. Dazu werden auf einer Schnittstelle zwei VRRP-Gruppen erstellt. Einer Gruppe wird ein höherer Prioritätswert zugewiesen als der anderen. Dabei wird beim zweiten Router die Priorität umgekehrt festgelegt. Das heißt, wenn beim ersten Router die Priorität der ersten Gruppe 100 und der der zweiten Gruppe 200 beträgt, dann wird beim anderen Router die Priorität der ersten Gruppe 200 und der zweiten 100 sein.

Wie bereits erwähnt, muss jede Gruppe ihre eigene einzigartige VIP haben. Am Ende erhalten wir zwei IP-Adressen, die von zwei Routern verwaltet werden, wobei jeder als Standardgateway fungieren kann.

Der Hälfte der Computer wird eine Adresse des Standardgateways zugewiesen, der anderen Hälfte eine andere. So fließt die Hälfte des Datenverkehrs über einen Router und die andere Hälfte über den anderen. Fällt einer der Router aus, übernimmt der andere die Verarbeitung beider VIPs.

Dank VRRP kann die Ausfallsicherheit des Standard-Gateways organisiert werden, was die Zuverlässigkeit des Netzwerks erhöht. Bei der Verwendung mehrerer virtueller Router kann die Last zwischen den physischen Routern sogar verteilt werden. Die Reaktionsgeschwindigkeit auf Ausfälle kann durch die Verringerung der Timer verkürzt werden.

Quelle: habr.com