13.7.2 VRRP原理与主备切换流程

VRRP原理与主备切换流程#

原理草图与数据流#

VRRP核心概念#

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）通过多台路由/负载设备组成虚拟路由器，对外提供统一的虚拟IP（VIP）。组内节点分为Master与Backup，Master负责VIP对外服务，Backup处于监听状态，确保故障时快速接管。

角色与选举机制#

Master：拥有最高优先级（priority），周期性发送VRRP通告（Advertisement），维持VIP与ARP响应。
Backup：监听通告并维持计时器，若超时未收到通告则触发选举。
选举规则：优先级高者当选；优先级相同则比较IP地址，数值较大者优先。

通告与定时器#

Advertisement Interval：Master发送通告的周期，默认1秒。
Master Down Interval：Backup判定Master失效的阈值，一般为(3 * advert_interval) + skew_time。
Skew Time：与优先级相关的偏移时间，避免同时切换。

主备切换流程#

正常运行：Master绑定VIP并响应ARP，Backup仅监听通告。
故障发生：Master宕机或VRRP服务异常，Backup在超时后判定失效。
选举切换：Backup提升为Master，绑定VIP并发送GARP刷新网络邻居缓存。
业务恢复：客户端通过VIP重新建立连接，后端服务继续提供流量。
故障恢复：原Master恢复后根据优先级与配置决定是否抢占（Preempt）。

抢占与非抢占策略#

抢占模式（preempt）：恢复后的高优先级节点可重新夺回Master，切换频率可能增加。
非抢占模式：恢复节点保持Backup，避免频繁切换，适合连接敏感业务。

切换对连接的影响#

短连接：切换后快速恢复，影响较小。
长连接：VIP漂移会导致连接中断，需结合会话保持与重试机制优化体验。

GARP与ARP缓存刷新#

切换后新Master会发送GARP（Gratuitous ARP），通知交换机与客户端更新ARP缓存，保证流量尽快转发到新Master。

安装与环境准备示例#

# 两台节点均执行（示例：Ubuntu）
sudo apt update
sudo apt install -y keepalived iproute2 arping tcpdump

# 验证内核支持VRRP与多播
lsmod | grep vrrp || true
ip maddr show dev eth0

Keepalived最小化VRRP示例（含说明）#

Master节点：/etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {
  router_id HAPROXY_M
}

vrrp_instance VI_1 {
  state MASTER          # 初始角色
  interface eth0        # 绑定网卡
  virtual_router_id 51  # VRID，主备必须一致
  priority 120          # 优先级，数值越大越优先
  advert_int 1          # 通告间隔（秒）
  authentication {
    auth_type PASS
    auth_pass 1111
  }
  virtual_ipaddress {
    192.168.10.100/24 dev eth0 label eth0:vip
  }
}

Backup节点：/etc/keepalived/keepalived.conf

global_defs {
  router_id HAPROXY_B
}

vrrp_instance VI_1 {
  state BACKUP
  interface eth0
  virtual_router_id 51
  priority 100
  advert_int 1
  authentication {
    auth_type PASS
    auth_pass 1111
  }
  virtual_ipaddress {
    192.168.10.100/24 dev eth0 label eth0:vip
  }
}

启动与状态检查

# 启动与开机自启
sudo systemctl enable --now keepalived

# 查看VIP是否已绑定（Master上应能看到）
ip addr show dev eth0 | grep 192.168.10.100

# 查看VRRP通告（任一节点抓包）
sudo tcpdump -ni eth0 vrrp

命令解释
- ip addr show dev eth0：查看网卡地址，验证VIP是否存在。
- tcpdump -ni eth0 vrrp：抓取VRRP报文，确认通告正常发送/接收。
- systemctl enable --now：立即启动并设置自启。

主备切换演练示例#

# 1) 在Master上停止keepalived，触发切换
sudo systemctl stop keepalived

# 2) 在Backup上观察VIP漂移
ip addr show dev eth0 | grep 192.168.10.100

# 3) 从客户端刷新ARP并验证连通性
arp -d 192.168.10.100 || true
ping -c 3 192.168.10.100

预期效果：VIP从Master漂移到Backup，客户端ping恢复。

常见问题排错（含命令）#

VIP未漂移
检查VRID、auth_pass是否一致：
bash grep -n "virtual_router_id\|auth_pass" /etc/keepalived/keepalived.conf
防火墙阻断VRRP（IP协议号112）：
bash sudo iptables -S | grep 112 || true sudo ufw status verbose || true
收不到通告
网卡与多播检查：
bash ip maddr show dev eth0 tcpdump -ni eth0 vrrp
切换后客户端仍访问旧MAC
手动发送GARP：
bash sudo arping -c 3 -A -I eth0 192.168.10.100

练习题#

将advert_int改为2秒，观察tcpdump中通告频率变化，并计算Master Down Interval。
把Backup优先级改为130并开启抢占，恢复Master后验证是否抢回VIP。
断开Master网卡（ip link set eth0 down），观察VIP漂移与GARP效果。
在客户端固定ARP（静态绑定）后测试切换失败现象，解释原因与解决方案。