双上行链路的热备份网关冗余

本文介绍了一个双上行热备份网关冗余的网络架构方案,通过HSRP技术实现公司内网不同VLAN的网关备份,以及汇聚层交换机对上行的热备份。该方案在核心层的两台路由器之间提供了线路冗余,确保一条线路故障时可通过另一台路由器继续访问互联网,同时在网络线路全部故障时能切换二层网关,保障网络的连续性和稳定性。

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双上行的热备份网关冗余

双上行的热备份网关冗余

如上图,r9为isp,8.8.8.8为r9的一个环回,模拟为外网网站,r1和r8为公司的内网核心层路由器,配置有nat转换。
r1的公网ip为19.1.1.1/24 r8的公网ip为89.1.1.8 相当于r1链接电信宽带,r8链接联通宽带。在做了热备份以后,可以由r1和r8模拟出2个缺省路由指向的地址,即相当于网关的存在,然后公司的汇聚层交换机sw2和sw3写一条缺省路由指向虚拟网关ip,可实现对虚拟网关的备份,具体可使用hsrp。
sw2为vlan2的树根和网关,vlan3的备份
sw3为vlan3的树根和网关,vlan2的备份
vpc6为vlan2的用户
vpc7为vlan3的用户

R9:

hostname r9
interface Loopback0
ip address 8.8.8.8 255.255.255.0 环回接口
interface Ethernet0/0
ip address 19.1.1.9 255.255.255.0
interface Ethernet0/1
ip address 89.1.1.9 255.255.255.0
line con 0
exec-timeout 0 0
logging synchronous
line aux 0
line vty 0 4
login

R1:

interface Loopback0
ip address 172.16.5.1 255.255.255.0
!
interface Ethernet0/0
ip address 172.16.1.1 255.255.255.0
ip nat inside
ip virtual-reassembly in
standby 1 ip 172.16.1.254 作为sw2的缺省路由地址
standby 1 priority 101 修改优先级为101,并对上行链路e0/2口追踪
standby 1 preempt 开启抢占性
standby 1 track 1 decrement 10 当e0/2口的线路协议down后,优先级下降10,降为91,可被r8的100把虚网关的活动状态抢走。
!
interface Ethernet0/1
ip address 172.16.4.1 255.255.255.0
ip nat inside 定义为内网区域
standby 2 ip 172.16.4.254 虚拟为sw3的缺省ip172.16.4.254
standby 2 preempt 开启抢占性 (优先级默认100)
!
interface Ethernet0/2
ip address 19.1.1.1 255.255.255.0
ip nat outside 定义为外网区域
track 1 interface Ethernet0/2 line-protocol 对e0/2口进行上行链路追踪

router ospf 1 起路由保证内网连同性
router-id 1.1.1.1
network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

access-list 1 permit 172.16.0.0 0.0.255.255 写nat需要转换的acl列表
ip nat inside source list 1 interface Ethernet0/2 overload 端口映射 将内网的ip转化为公网ip

R8:

interface Loopback0
ip address 172.16.8.8 255.255.255.0
interface Ethernet0/0
ip address 172.16.1.8 255.255.255.0
ip nat inside

standby 1 ip 172.16.1.254 作为sw2的备份虚网关
standby 1 preempt

interface Ethernet0/1
ip address 172.16.4.8 255.255.255.0
ip nat inside 定义内网区域

standby 2 ip 172.16.4.254 作为sw3的主(活动)虚网关
standby 2 priority 101 修改优先级为101
standby 2 preempt 开启抢占性
standby 2 track 1 decrement 10 对e0/2口上行链路追踪

interface Ethernet0/2
ip address 89.1.1.8 255.255.255.0
ip nat outside 定义外网区域

router ospf 1 起路由保证内网连通性
router-id 8.8.8.8
network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

track 1 interface Ethernet0/2 line-protocol 定义追踪列表

access-list 1 permit 172.16.0.0 0.0.255.255 定义转换的acl列表
ip nat inside source list 1 interface Ethernet0/2 overload 端口映射

sw2:

spanning-tree mode mst 运行mst生成树协议
spanning-tree extend system-id
spanning-tree mst configuration
instance 1 vlan 2
instance 2 vlan 3
spanning-tree mst 1 priority 24576
spanning-tree mst 2 priority 28672
定义2个上行追踪列表,可实现断一个链路不切换vlan2的网关,2条链路都断才将网关切到sw3
track 1 interface Ethernet1/1 line-protocol
track 2 interface Ethernet0/0 line-protocol

interface Port-channel1
switchport trunk encapsulation dot1q 修改封装类型为dot1q
switchport mode trunk 建立trunk

将连接r1的e0/0口划分为access接口化为vlan4同时将e1/1口也划分为vlan4,r1可与r8在二层下通信,为hsrp热备份创建同一冲突域的条件。
interface Ethernet0/0
switchport access vlan 4
switchport mode access
interface Ethernet1/1
switchport access vlan 4
switchport mode access

与sw3连接的e0/1和e0/2口开启trunk 并聚合为channel接口
interface Ethernet0/1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
channel-group 1 mode on
!
interface Ethernet0/2
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
channel-group 1 mode on
向下用dtp协议建立trunk
interface Ethernet0/3
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode dynamic desirable

interface Ethernet1/0
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode dynamic desirable

interface Vlan2
ip address 172.16.2.1 255.255.255.0
standby 1 ip 172.16.2.254 虚拟vlan2的网关172.16.2.254
standby 1 priority 111 修改优先级为111,一条链路断后降为101,2条都断后降为91,2条都断才会被sw3把vlan2的网关抢去
standby 1 preempt
standby 1 track 1 decrement 10
standby 1 track 2 decrement 10
!
interface Vlan3
ip address 172.16.3.2 255.255.255.0
standby 2 ip 172.16.3.254 虚拟vlan3的网关172.16.3.254 并作为备份
standby 2 preempt

interface Vlan4
ip address 172.16.1.100 255.255.255.0

启动ospf路由,在内网通信时,不同vlan通信需要三层通信,必须有路由条目
router ospf 1
router-id 2.2.2.2
network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.1.254 !!!将缺省路由指向172.16.1.254,r1和r8虚拟出的内外网网关,r1为172.16.1.254的主

sw3:

spanning-tree mode mst
spanning-tree extend system-id
!
spanning-tree mst configuration
instance 1 vlan 2
instance 2 vlan 3
!
spanning-tree mst 1 priority 28672
spanning-tree mst 2 priority 24576

track 1 interface Ethernet0/0 line-protocol
track 2 interface Ethernet1/1 line-protocol

interface Port-channel1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk

interface Ethernet0/0
switchport access vlan 4
switchport mode access
!
interface Ethernet0/1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
channel-group 1 mode on
!
interface Ethernet0/2
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
channel-group 1 mode on
!
interface Ethernet0/3
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode dynamic desirable
!
interface Ethernet1/0
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode dynamic desirable
!
interface Ethernet1/1
switchport access vlan 4
switchport mode access

interface Vlan2
ip address 172.16.2.2 255.255.255.0
standby 1 ip 172.16.2.254 虚拟vlan2的网关伟172.16.2.254,sw3为备份,sw2为主
standby 1 preempt

interface Vlan3
ip address 172.16.3.1 255.255.255.0
standby 2 ip 172.16.3.254 虚拟vlan3的网关为172.16.3.254
standby 2 priority 111 修改优先级为111,一条链路断后降为101,2条都断后降为91,2条都断才会被sw2把vlan3的网关抢去
standby 2 preempt
standby 2 track 1 decrement 10
standby 2 track 2 decrement 10
!

interface Vlan4
ip address 172.16.4.100 255.255.255.0

router ospf 1
router-id 3.3.3.3
network 172.16.0.0 0.0.255.255 area 0

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.4.254 !!!将缺省路由指向172.16.4.254,r1和r8虚拟出的内外网网关,r8为172.16.4.254的主

sw4:

spanning-tree mode mst
spanning-tree extend system-id
!
spanning-tree mst configuration
instance 1 vlan 2
instance 2 vlan 3

interface Ethernet0/2 将vpc6划入vlan2
switchport access vlan 2
switchport mode access

sw5:

spanning-tree mode mst
spanning-tree extend system-id
!
spanning-tree mst configuration
instance 1 vlan 2
instance 2 vlan 3

interface Ethernet0/2 将vpc7划入vlan3
switchport access vlan 3
switchport mode access

vpc6:

NAME : VPCS[1]
IP/MASK : 172.16.2.5/24
GATEWAY : 172.16.2.254
DNS :
MAC : 00:50:79:66:68:06
LPORT : 20000
RHOST:PORT : 127.0.0.1:30000
MTU : 1500

vpc7:

VPCS> show ip

NAME : VPCS[1]
IP/MASK : 172.16.3.5/24
GATEWAY : 172.16.3.254
DNS :
MAC : 00:50:79:66:68:07
LPORT : 20000
RHOST:PORT : 127.0.0.1:30000
MTU : 1500

测试:先用vpc6 ping 8.8.8.8 然后关闭sw2的e0/0口 然后关闭sw2的e1/1口 然后关闭sw3的e1/1口以检测vlan2的备份情况:

84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=1 ttl=253 time=2.491 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=2 ttl=253 time=11.634 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=3 ttl=253 time=5.541 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=4 ttl=253 time=11.073 ms 正常情况下可以ping通
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=8 ttl=253 time=9.661 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=9 ttl=253 time=2.930 ms
8.8.8.8 icmp_seq=10 timeout sw2的e0/0口关闭 切换中
8.8.8.8 icmp_seq=11 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=12 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=13 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=14 timeout
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=15 ttl=253 time=3.743 ms 切换到sw2的e1/1口
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=16 ttl=253 time=3.320 mss
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=18 ttl=253 time=9.783 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=19 ttl=253 time=8.727 ms
8.8.8.8 icmp_seq=20 timeout sw2的e1/1口关闭 切换vlan2的网关到sw3
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=21 ttl=253 time=3.583 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=22 ttl=253 time=4.622 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=28 ttl=253 time=3.579 ms 切换成功 网关为sw3
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=30 ttl=253 time=9.523 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=31 ttl=253 time=9.445 ms
8.8.8.8 icmp_seq=32 timeout 关闭sw3的e1/1口 切换到e0/0口
8.8.8.8 icmp_seq=33 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=34 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=35 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=36 timeout
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=37 ttl=253 time=5.043 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=38 ttl=253 time=9.316 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=39 ttl=253 time=6.617 ms 切换成功
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=40 ttl=253 time=3.890 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=41 ttl=253 time=6.340 ms

先用vpc7 ping 8.8.8.8 然后关闭sw3的e1/1口 然后关闭sw3的e0/0口 然后关闭sw2的e0/0口以检测vlan3的备份情况:

vpc7:
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=2 ttl=253 time=2.901 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=4 ttl=253 time=7.527 ms 正常情况下可以ping通
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=5 ttl=253 time=7.845 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=6 ttl=253 time=4.367 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=7 ttl=253 time=2.544 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=8 ttl=253 time=7.339 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=9 ttl=253 time=8.954 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=10 ttl=253 time=8.961 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=11 ttl=253 time=3.850 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=12 ttl=253 time=4.344 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=13 ttl=253 time=3.215 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=14 ttl=253 time=5.376 ms
8.8.8.8 icmp_seq=15 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=16 timeout sw3的e1/1口关闭 切换中
8.8.8.8 icmp_seq=17 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=18 timeout
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=19 ttl=253 time=3.335 ms 切换到sw3的e0/0口
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=20 ttl=253 time=7.560 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=21 ttl=253 time=13.036 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=22 ttl=253 time=3.071 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=23 ttl=253 time=6.625 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=25 ttl=253 time=7.870 ms
8.8.8.8 icmp_seq=26 timeout sw3的e0/0口关闭 切换vlan3的网关到sw2
8.8.8.8 icmp_seq=27 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=28 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=29 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=30 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=31 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=32 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=42 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=43 timeout
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=44 ttl=253 time=9.832 ms 切换成功 网关为sw2
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=45 ttl=253 time=7.751 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=46 ttl=253 time=5.898 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=47 ttl=253 time=4.153 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=49 ttl=253 time=3.697 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=50 ttl=253 time=4.934 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=51 ttl=253 time=8.375 ms
8.8.8.8 icmp_seq=52 timeout 关闭sw2的e0/0口 切换到e1/1口
8.8.8.8 icmp_seq=53 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=54 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=55 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=56 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=57 timeout
8.8.8.8 icmp_seq=58 timeout
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=59 ttl=253 time=4.356 ms 切换成功
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=63 ttl=253 time=12.860 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=64 ttl=253 time=15.578 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=67 ttl=253 time=6.494 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=68 ttl=253 time=10.027 ms

测试:用vpc6ping8.8.8.8 中间关闭r1的e0/2口 看能否切换sw2网关为r8:

84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=1 ttl=253 time=3.659 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=16 ttl=253 time=6.953 ms
*172.16.1.1 icmp_seq=17 ttl=254 time=2.462 ms (ICMP type:3, code:1, Destination host unreachable)
*172.16.1.1 icmp_seq=18 ttl=254 time=7.438 ms (ICMP type:3, code:1, Destination host unreachable) nat网关由r1切换到r8
*172.16.1.1 icmp_seq=19 ttl=254 time=4.389 ms (ICMP type:3, code:1, Destination host unreachable)
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=20 ttl=253 time=3.958 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=21 ttl=253 time=8.083 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=22 ttl=253 time=3.387 ms

用vpc7ping 8.8.8.8 中间关闭r8的e0/2口 看能否切换sw3网关为r1:
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=1 ttl=253 time=3.110 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=6 ttl=253 time=3.120 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=7 ttl=253 time=6.918 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=8 ttl=253 time=4.089 ms
*172.16.4.8 icmp_seq=9 ttl=254 time=2.206 ms (ICMP type:3, code:1, Destination host unreachable)
*172.16.4.8 icmp_seq=10 ttl=254 time=12.947 ms (ICMP type:3, code:1, Destination host unreachable)
*172.16.4.8 icmp_seq=11 ttl=254 time=2.560 ms (ICMP type:3, code:1, Destination host unreachable)
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=12 ttl=253 time=4.803 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=13 ttl=253 time=3.181 ms
84 bytes from 8.8.8.8 icmp_seq=14 ttl=253 time=3.582 ms
可以看到两个位置的热备份冗余都成功实现。

总结:通过hsrp技术我们可以做到内网的不同vlan的网关的备份,同时,我们也可以实现汇聚层三层交换机对上行的热备份,在核心层有2台路由器的情况下,一条线路断掉后可以通过另一台路由器上外网,2条线路断裂的情况下可以切换二层网关,实现上网。 同时 使用hsrp还可以做到对路由器连接外网的线路的追踪,比路由协议的自动选路更加快速和强大。

### ENSP 中配置路由器上行链路方法 #### 使用 VRRP 实现出口流量负载均衡 为了实现出口的流量负载均衡,可以为不同的计算机指定不同的网关,使内部流量能通过不同的出口路由器进行转发。这可以通过使用多个VRRP组来达成,在这些VRRP组中设置不同路由器的优先级,使得不同的虚拟网关以不同的路由器作为主路由器,而另一台则作为备份路由器,从而实现了流量的分流和链路冗余备份[^1]。 ```plaintext RouterA(config)# interface GigabitEthernet0/0 RouterA(config-if)# vrrp 1 ip 192.168.1.1 RouterA(config-if)# vrrp 1 priority 150 RouterA(config-if)# vrrp 1 preempt RouterA(config-if)# exit RouterA(config)# interface GigabitEthernet0/1 RouterA(config-if)# vrrp 2 ip 192.168.2.1 RouterA(config-if)# vrrp 2 priority 100 RouterA(config-if)# vrrp 2 preempt ``` 上述命令展示了如何在一个路由器上的两个接口分别创建两个独立的VRRP实例,并设置了各自的优先级,以此确保当其中一个链接失效时,另一个可以立即接管服务而不影响通信质量。 #### 设备配置简化方案 对于某些不具备静态分配IP能力的小型终端或IoT设备来说,如果采用传统的DHCP方式可能不够灵活;此时可通过逆向地址解析协议(RARP),让这类无初始IP设定之装置得以更便捷地接入网络环境并获得必要的网络参数支持[^2]。 然而需要注意的是,此部分主要适用于客户端侧而非路由层面的具体实施细节描述,因此在讨论上行链路配置时不作重点考虑。 #### 利用 Eth-Trunk 提升连接稳定性与性能 考虑到实际应用场景中的需求多样性以及对高可用性的追求,除了利用VRRP机制外还可以借助于链路聚合技术——即Eth-Trunk特性进一步增强系统的健壮性和吞吐量表现。具体而言,手工模式下的Eth-Trunk允许管理员将多条物理线路捆绑成一条逻辑通道用于数据传输目的,不仅增加了总的带宽资源供给同时也提供了基本级别的故障切换保护措施[^3]。 ```plaintext SwitchA(config)# interface eth-trunk 1 SwitchA(config-if-Eth-Trunk1)# trunkport gigabitethernet 0/0/1 to 0/0/4 SwitchA(config-if-Eth-Trunk1)# mode lacp-static SwitchA(config-if-Eth-Trunk1)# quit SwitchA(config)# interface gigabitethernet 0/0/1 SwitchA(config-if-GigabitEthernet0/0/1)# eth-trunk 1 ... // 对应操作需同步执行于两端交换机之上 ``` 以上脚本片段说明了怎样把几根单独存在的GE端口组合起来形成一个具备更高容量特性的Eth-Trunk实体,并启用了LACP动态协商功能以便更好地适应复杂变化着的工作负荷状况。 综上所述,在ENSP环境中构建具有重上游路径特性的路由器解决方案涉及到了诸如VRRP、RARP(针对特定场景)、还有Eth-Trunk等关键技术要素的应用实践。每一种手段都有其独特之处并且相互补充共同作用下构成了稳定可靠的广域互联架构基础。
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