實例解讀：深刻理解HSRP協(xié)議
原創(chuàng)【51CTO.com獨家特稿】HSRP(Hot Standby Router Protocol)熱備份路由器協(xié)議，即多臺路由器組成一個“熱備份組”，模擬成一個虛擬的路由器，虛擬路由器擁有虛擬的IP 地址和虛擬的MAC地址。在一個熱備份組中，只有一臺路由器作為活動路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，只有當活動路由器失效后，才會選擇一臺備份路由器作為活動路由器，但對于網(wǎng)絡中的主機來說，虛擬路由器并沒有發(fā)生任何改變，不會導致主機通信中斷現(xiàn)象。
下面通過一則實例，通過介紹其配置和運行過程，將能更好的理解HSRP協(xié)議的作用。
一、網(wǎng)絡拓撲結構介紹
網(wǎng)絡拓撲圖如圖1所示。兩臺核心交換機型號為為Cisco Catalyst 4507R，每臺4507R上使用兩塊引擎，Cisco Catalyst 4507R上兩塊引擎如圖2所示。4507A上兩塊引擎的名稱分別為4507A-R1、4507A-R2，4507B上的分別為4507B-R1、4507B-R2。4507A和4507B通過Trunk口連接，4507A和3750A，4507B和3750B之間也是通過Trunk口連接。四臺交換機中都運行VTP協(xié)議，其中4507A中VTP運行模式是server模式，其它三臺交換機中VTP運行的模式是client模式，并且在4507A中創(chuàng)建了VLAN 100和VLAN 200。
圖1 網(wǎng)絡結構圖
圖2 4507R交換機上的兩塊引擎
兩臺3750交換機上共接入了八臺PC，VLAN 100和VLAN 200中各分配四臺。八臺電腦自動獲取IP地址、默認網(wǎng)關、DNS服務器地址，這些地址都是通過DHCP服務器自動分配的。DHCP服務器的IP地址配置為10.10.1.1/24。網(wǎng)絡的搭建也充分考慮了核心交換機的冗余性，若4507B故障，則3750B上的數(shù)據(jù)可先到達3750A，***再到達核心交換機4507A。同理，若4507A故障，也不影響3750A上的數(shù)據(jù)到達核心交換機4507B。
二、DHCP服務器的配置
DHCP服務器的配置如圖3和圖4所示。需要說明的是，VLAN 100的默認網(wǎng)關要指向10.10.100.254，而不是10.10.100.253或10.10.100.252。同理，VLAN 200的默認網(wǎng)關也要指向10.10.200.254。
圖3 VLAN 100的DHCP配置
圖4 VLAN 200的DHCP配置
三、HSRP配置的詳細說明
4507A引擎1上的HSRP配置如下所示：
- 4507A-R1
- interface Vlan100
- ip address 10.10.100.253 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 100 priority 150 preempt
- standby 100 ip 10.10.100.254
- !
- interface Vlan200
- ip address 10.10.200.253 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 200 priority 150 preempt
- standby 200 ip 10.10.200.254
其中命令“ip address 10.10.100.253 255.255.255.0”是給指定的VLAN配置IP地址。
命令“ ip helper-address 10.10.1.1”是確保兩臺3750交換機上的所有主機獲取IP地址、默認網(wǎng)關和DNS服務器地址時，是從10.10.1.1的DHCP服務器上自動獲取到的。
命令“standby 100 priority 150 preempt”中的“priority”是配置HSRP的優(yōu)先級，100為組序號，它的取值范圍為0～255，150為優(yōu)先級的值，取值范圍為0～255，數(shù)值越大優(yōu)先級越高。
優(yōu)先級將決定一臺路由器在HSRP備份組中的狀態(tài)，優(yōu)先級***的路由器將成為活動路由器，其它優(yōu)先級低的路由器將成為備用路由器。當活動路由器失效后，備用路由器將替代它成為活動路由器。當活動和備用路由器都失效后，其它路由器將參與活動和備用路由器的選舉工作。優(yōu)先級都相同時，接口IP地址高的將成為活動路由器。
“preempt”是配置HSRP為搶占模式。如果需要高優(yōu)先級的路由器能主動搶占成為活動路由器，則要配置此命令。配置preempt后，能夠保證優(yōu)先級高的路由器失效恢復后總能成為活動路由器。活動路由器失效后，優(yōu)先級***的備用路由器將處于活動狀態(tài)，如果沒有使用preempt技術，則當活動路由器恢復后，它只能處于備用狀態(tài)，先前的備用路由器代替其角色處于活動狀態(tài)。
命令“standby 100 ip 10.10.100.254”作用是啟動HSRP，如果虛擬IP地址不指定，路由器就不會參與備份。虛擬IP應該是接口所在的網(wǎng)段內(nèi)的地址，不能為接口上的IP地址。
4507A引擎2上HSRP的配置如下：
- 4507A-R2
- interface Vlan100
- ip address 10.10.100.252 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 100 priority 140 preempt
- standby 100 ip 10.10.100.254
- !
- interface Vlan200
- ip address 10.10.200.252 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 200 priority 140 preempt
- standby 200 ip 10.10.200.254
由以上命令可知，當4507A引擎1和引擎2都在網(wǎng)絡中運行時，引擎1是主狀態(tài)，引擎2處于備用狀態(tài)，因為引擎1的優(yōu)先級150大于引擎2的優(yōu)先級140。當然若引擎1故障，引擎2就馬上替代引擎1，并且不會引起網(wǎng)絡的中斷。
4507B引擎1和引擎2上HSRP的配置如下所示：
- 4507B-R1
- interface Vlan100
- ip address 10.10.100.251 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 100 priority 130 preempt
- standby 100 ip 10.10.100.254
- !
- interface Vlan200
- ip address 10.10.200.251 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 200 priority 130 preempt
- standby 200 ip 10.10.200.254
- 4507B-R1
- interface Vlan100
- ip address 10.10.100.251 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 100 priority 130 preempt
- standby 100 ip 10.10.100.254
- !
- interface Vlan200
- ip address 10.10.200.251 255.255.255.0
- ip helper-address 10.10.1.1
- standby 200 priority 130 preempt
- standby 200 ip 10.10.200.254
從以上配置可以看到，若兩個4507上的4塊引擎都處于運行狀態(tài)，則4507A上的引擎1處于活躍狀態(tài)，因為引擎1的優(yōu)先級在四塊引擎中***，其它三塊引擎處于備用狀態(tài)。若4507A的引擎1故障，則其它優(yōu)先級高的引擎會馬上由備用狀態(tài)轉(zhuǎn)換為活躍狀態(tài)，從而保證了網(wǎng)絡不會中斷。
兩臺核心交換機4507A和4507B使用四塊引擎，也極大提高了網(wǎng)絡中核心交換機的穩(wěn)定性和冗余能力。同一臺4507上的某一塊引擎故障，這臺4507上的另一塊引擎會馬上被激活，并代替故障的引擎。若同一臺的兩塊引擎板都故障，也不會影響核心交換機的路由功能，因為另一臺4507上的引擎會馬上被激活，擔負起路由的任務。
四、總結
HSRP技術應用在OSI參考模型的第三層，也就是在二層或者二層交換機上不存在HSRP技術的應用。
1、HSRP技術保證了網(wǎng)絡中路由器運行的高度可靠性。在HSRP路由體系中共包括三種路由器：一是活動路由器，負責轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)送到虛擬路由器的數(shù)據(jù)。它通過基于UDP端口號為1985的廣播，發(fā)送HELLO消息，來通告它的活躍狀態(tài)；二是備用路由器，監(jiān)視HSRP組中的運行狀態(tài)，并且在當前活躍路由器不可用時，迅速承擔起負責數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的任務。備用路由器也發(fā)送HELLO消息來通告組中其它路由器，它備份路由器的角色。三是虛擬路由器，對最終的用戶來說，它代表一臺能持續(xù)工作的路由器設備。它有自己的MAC和IP地址。但實際上它是不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的，它的作用僅僅是代表一臺可用的路由設備。
通過在配置了HSRP協(xié)議的路由器之間廣播HSRP優(yōu)先級，HSRP協(xié)議選出當前的活躍路由器。當在預先設定的一段時間內(nèi)活躍路由器不能發(fā)送hello消息時，優(yōu)先級***的備用路由器變?yōu)榛钴S路由器。為了減少網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)流量，在設置完活躍路由器和備用路由器之后，只有活躍路由器和備用路由器定時發(fā)送HSRP報文。
2、在使用HSRP技術時，一些查看和調(diào)試的命令也很重要，如： “show standby brief”命令是顯示路由器上一些HSRP簡要的信息。另外還有很多調(diào)試命令，如“debug standby events detail”命令是顯示HSRP事件；命令“debug standby error”是顯示HSRP錯誤。
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