提高网络的可用性(二)-HSRP协议及其配置

　　注：该文大部分内容来自文章《Cisco-路由器HSRP 热备份路由器协议-配置终结篇》，http://blog.51cto.com/allen686/1661752。在此之上，本文作者添加了自己的一些理解和实验过程。本文无任何商用目的，仅供大家学习，交流讨论之用。若有侵犯上述文章知识产权，请联系本文作者删除，谢谢。

一、简介

　　HSRP(Hot Standby Router Protocol，热备份路由器协议)是Cisco的专有协议。HSRP把多台路由器组成一个“热备份组”，形成一个虚拟路由器。这个组内有一个路由器是Active的，称为活动路由器；有一个路由器是standby的，称为备份路由器。活动路由器负责所在的热备份组转发数据包的工作，如果活动路由器发生了故障，备份路由器将成为活动路由器。从网络内的主机来看，网关并没有改变。（因为同一组内的所有路由器共用同一个虚拟ip地址作为网关）。

二、HSRP的工作过程

　　HSRP路由器利用Hello包来互相监听各自的存在。当路由器长时间没有接收到Hello包时，就认为活动路由器故障，备份路由器就会成为活动路由器。

　　HSRP协议利用优先级决定哪个路由器成为活动路由器。如果一个路由器的优先级比其它路由器的优先级高，则该路由器成为活动路由器。路由器的默认优先级是100。在一个组中，最多有一个活动路由器和一个备份路由器。HSRP路由器发送的组播(224.0.0.2)消息有以下三种：

　　Hello：通知其它路由器发送者的HSRP优先级和状态信息，HSRP路由器默认每3秒发送一个Hello消息。

　　Coup：当一个备用路由器变为一个活动路由器时发送一个Coup消息。

　　Resign：当活动路由器要宕机或者当接收到优先级更高的路由器发送的Hello消息时，主动发送一个Resign消息。

三、HSRP的报文格式

　　

　　HSRP的数据包具有32位，包含的信息如上图。

　　①Version：指示HSRP的版本信息。

　　②Opcode：操作码。用来描述数据包中报文的类型，可能的值为0、1和2，分别表示是Hello、Coup和Resign消息。

　　③State：描述发出该报文的路由器的当前状态。有0、1、2、4、8、16六种状态，分别表示为Initial、Learn、Listen、Speak、Standby和Active状态。

　　④Hellotime：只在Hello消息报文中有意义，表示路由器定时发送Hello消息的间隔时间，以秒为单位。如果该参数没有在路由器上配置，它可能要从活动路由器上学习获得。默认值为3秒。

　　⑤Holdtime：只在Hello消息报文中有意义，被接收路由器用来判断该Hello消息报文是否合法，单位为秒，其值 至少是Hellotime的3倍。如果该参数没有配置，也同样可以从活动路由器上学习。活动路由器不能从备份路由器学习Hellotime和Holdtime，它只能继续使用从先前的活动路由器学习来的该值。默认值为10秒。

　　⑥Priority：优先级。该参数用来选择活动和备份路由器，两个具有不同优先级的路由器，优先级高的将成为活动路由器。两个具有相同优先级的路由器，IP地址值大的将成为活动路由器。路由器的默认优先级为100。

　　⑦Group：用来标记路由器所在的热备份组。对令牌环类型的网络，合法的值是0、1和2，对于其它类型的网络，合法值是0-255。

　　⑧Authentication Data：认证码。包括8个明文的字符作为密码，如果没有配置，默认值为cisco。

　　⑨Vitual IP Address：虚拟ip地址。用来指定本热备份组的虚拟IP地址，它可以从活动路由器的Hello消息报文中学习到。如果没有配置该地址，并且Hello消息报文是需要认识的，那么只能通过活动路由器学习。

四、HSRP路由器的6中状态

　　1.Initial：HSRP启动时的状态，HSRP还没有运行，一般是在改变配置或端口刚刚启动时进入该状态。

　　2.Learn：在该状态下，路由器还没有决定虚拟IP地址，也没有看到认证的、来自活动路由器的Hello报文。路由器仍在等待活动路由器发来的Hello报文。

　　3.Listen：路由器已经得到了虚拟IP地址，但是它既不是活动路由器也不是等待路由器。它一直监听从活动路由器和等待路由器发来的Hello报文。

　　4.Speak：在该状态下，路由器定期发送Hello报文，并且积极参加活动路由器或等待路由器的竞选。如果选出活动路由器和备份路由器，则变成监听状态(Listen)。而此时只有活动路由器和备份路由处于Speak状态。

　　5.Standby：处于该状态的路由器是下一个候选的活动路由器，它定时发送Hello报文。

　　6.Active：处于活动状态的路由器承担转发数据包的任务，这些数据包是发给该组的虚拟MAC地址的。它定时发出Hello报文。

五、HSRP的2个定时器

　　HSRP使用2个定时器：Hello间隔和Hold时间。默认Hello间隔是3秒，默认的Hold间隔是10秒。Hello间隔定义了两组路由器之间交换信息的频率。Hlod间隔定义了经过多长时间后，没有收到其它路由器的信息，则活动路由器或者备用路由器就会被宣告为失败。配置计时器并不是越小越好，虽然计时器越小则切换时间越短。计时器的配置需要和STP等的切换时间相一致。另外，Hold间隔最少应该是Hello间隔的3倍。

六、实验

 　　实验拓扑如下：

　　   　　　　　　　　　　　　 　　

　　将各路由器的IP地址配置如上，所有的路由器均使用255.255.255.0的子网掩码。即前24位作为网络位，后8位作为主机位。

　　R1，R2，R3上需要启动动态路由协议，使得全网连通，ospf或者rip都可以，这里我们使用的是ospf；因为我们要将用R4模拟主机，所以在R4中用no ip routing命令禁用路由功能。

　　接下来配置HSRP，在路由器和三层交换机上都可以配置HSRP，这里是在路由器R2和R3上配置。

　　命令：

　　R2(config)#int f0/0　　　　　　　　　　　　　　　  //进入f0/0端口

　　R2(config-if)#standby 1 ip 192.168.100.23　　　　　//启用HSRP功能，创建standby组1，并设置虚拟网关IP地址192.168.100.23

　　R2(config-if)#standby 1 priority 200　　　　　　　　//设置HSRP的优先级，该值大的会抢占成Active路由器，默认为100

　　R2(config-if)#standby1 preempt       　　　　　　　  //设置允许在该路由器优先级是最高时抢占为活动路由器

　　R2(config-if)#standby1 timers 3 10      　　　　　　  //设置Hellotime为3秒，Holdtime为10秒，默认即为该值

　　R2(config-if)#standby1 authentication md5 key-string cisco       //配置认证密码

　　R2(config-if)#standby1 track s0/0 30        　　　　　//配置端口跟踪

 

　　R3(config)#int f0/0

　　R3(config-if)#standby 1 ip 192.168.100.23　　　　　　//注意同一个热备份组中路由器的虚拟网关IP地址相同

　　R3(config-if)#standby 1 preempt

　　R3(config-if)#standby 1 timers 3 10

　　R3(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco

  　  R3(config-if)#standby 1 track s0/0 30

　　

　　备注：

　　①相同组号的路由器属于同一个HSRP组，所有属于同一个HSRP组的路由器的虚拟IP地址必须一致。

　　②“standby 1 preempt”命令：

  　　　　1>如果不配置该命令，即使该路由器优先级再高，也不会成为Active路由；

  　　　　2>如果再配置“standby 1 preempt delayminimum 1000”命令，则会延时1000毫秒才进行抢占。

　　③Hellotime:路由器每间隔多长时间发送Hello信息；Holdtime:在多长时间内同组的其它路由器没有收到活动路由器的信息，则认为活动路由器发生故障；如果要更改默认值，所有同HSRP组的路由器该项设置必须一致。

　　④配置认证密码为了防止非法设备加入到HSRP组，并且同HSRP组的密码必须一致。

　　⑤可以使用“standby 1 mac-address”命令修改虚拟MAC地址，系统默认的MAC地址为“0000.0c07.acXX”，XX”为HSRP的组号。

　　⑥可以使用“standby 1 name”命令设置HSRP组1的名字，如果没有设置，系统将自动生成。

　　⑦由于HSRP的两个版本version1和version2不兼容，可以使用“standby version”命令设置HSRP的版本。

 

　　使用show standby brief命令查看HSRP简要信息。（如果要查看详细信息，请用show standby命令），可以看到，当前的Active路由器是R2，而Standby路由器为R3.

　　

　　在R4上连续ping路由器R1的s1/0端口的IP地址(192.168.12.1)，在R2上关闭f0/0端口，可以发现：当R2故障时，R3很快就替代了R2，计算机的通信几乎没有受到什么影响。

　　说明：如果重新打开R2的f0/0端口，由于在R2上配置了抢占(Preempt)，因此R2又会成为活动路由器。

　　

　　

　　R3#debug standby        //以下是当R2的f0/0端口关闭后，R3成为活动路由器过程中的debug信息

　　

 

七、配置多个HSRP组

　　之前的步骤已经虚拟了192.168.100.23网关，对于这个网关只能有一个活动路由器，于是这个路由器将承担全部的数据流量。我们可以再创建一个HSRP组，虚拟出另一个网关192.168.100.32，这时R3是活动路由器，让一部分计算机指向这个网关，这样就能做到负载平衡。

　　R2(config)#int f0/0

　　R2(config-if)#standby 2 ip 192.168.100.32

　　R2(config-if)#standby 2 preempt

　　R2(config-if)#standby 2 authentication md5 key-string cisco

　　R3(config)#int f0/0

　　R3(config-if)#standby 2 ip 192.168.100.32

　　R3(config-if)#standby 2 priority 120

　　R3(config-if)#standby 2 preempt

　　R3(config-if)#standby 2 authentication md5 key-string cisco

　　R3(config-if)#standby 2 track s0/1 30

　　说明：结合上文中HSRP组1的配置，我们已经创建了两个HSRP组，组1的IP为192.168.100.23，活动路由器为R2，一部分计算机的网关指向192.168.100.23。组2的IP为192.168.100.32，活动路由器为R3，其余计算机的网关指向192.168.100.32。这样，当网络全部正常时，一部分数据是由R2转发的，其余数据是由R3转发的，实现了负载平衡。当一个路由器出现问题时，则另一个路由器就成为两个HSRP组的活动路由器，承担全部的数据转发。通过这种方式实现负载平衡，要求不同的计算机在设置网关时有所不同，如果计算机的IP是DHCP分配的，那这种方法就不太方便了。

　　注意：HSRP实际上在局域网用的较多，由于局域网内大多使用三层交换机，所以这时HSRP是在交换机上配置的。另外，HSRP有Version1和Version2，两者不兼容，因此所有路由器或者交换机要使用相同的HSRP版本，可以使用“standby version”命令设置版本。

 

---恢复内容结束---

 

HSRP协议及其配置

 

　　注：该文大部分内容来自文章《Cisco-路由器HSRP 热备份路由器协议-配置终结篇》，http://blog.51cto.com/allen686/1661752。在此之上，本文作者添加了自己的一些理解和实验过程。本文无任何商用目的，仅供大家学习，交流讨论之用。若有侵犯上述文章知识产权，请联系本文作者删除，谢谢。

 

一、简介

　　HSRP(Hot Standby Router Protocol，热备份路由器协议)是Cisco的专有协议。HSRP把多台路由器组成一个“热备份组”，形成一个虚拟路由器。这个组内有一个路由器是Active的，称为活动路由器；有一个路由器是standby的，称为备份路由器。活动路由器负责所在的热备份组转发数据包的工作，如果活动路由器发生了故障，备份路由器将成为活动路由器。从网络内的主机来看，网关并没有改变。（因为同一组内的所有路由器共用同一个虚拟ip地址作为网关）。

二、HSRP的工作过程

　　HSRP路由器利用Hello包来互相监听各自的存在。当路由器长时间没有接收到Hello包时，就认为活动路由器故障，备份路由器就会成为活动路由器。

　　HSRP协议利用优先级决定哪个路由器成为活动路由器。如果一个路由器的优先级比其它路由器的优先级高，则该路由器成为活动路由器。路由器的默认优先级是100。在一个组中，最多有一个活动路由器和一个备份路由器。HSRP路由器发送的组播(224.0.0.2)消息有以下三种：

　　Hello：通知其它路由器发送者的HSRP优先级和状态信息，HSRP路由器默认每3秒发送一个Hello消息。

　　Coup：当一个备用路由器变为一个活动路由器时发送一个Coup消息。

　　Resign：当活动路由器要宕机或者当接收到优先级更高的路由器发送的Hello消息时，主动发送一个Resign消息。

三、HSRP的报文格式

　　

　　HSRP的数据包具有32位，包含的信息如上图。

　　①Version：指示HSRP的版本信息。

　　②Opcode：操作码。用来描述数据包中报文的类型，可能的值为0、1和2，分别表示是Hello、Coup和Resign消息。

　　③State：描述发出该报文的路由器的当前状态。有0、1、2、4、8、16六种状态，分别表示为Initial、Learn、Listen、Speak、Standby和Active状态。

　　④Hellotime：只在Hello消息报文中有意义，表示路由器定时发送Hello消息的间隔时间，以秒为单位。如果该参数没有在路由器上配置，它可能要从活动路由器上学习获得。默认值为3秒。

　　⑤Holdtime：只在Hello消息报文中有意义，被接收路由器用来判断该Hello消息报文是否合法，单位为秒，其值 至少是Hellotime的3倍。如果该参数没有配置，也同样可以从活动路由器上学习。活动路由器不能从备份路由器学习Hellotime和Holdtime，它只能继续使用从先前的活动路由器学习来的该值。默认值为10秒。

　　⑥Priority：优先级。该参数用来选择活动和备份路由器，两个具有不同优先级的路由器，优先级高的将成为活动路由器。两个具有相同优先级的路由器，IP地址值大的将成为活动路由器。路由器的默认优先级为100。

　　⑦Group：用来标记路由器所在的热备份组。对令牌环类型的网络，合法的值是0、1和2，对于其它类型的网络，合法值是0-255。

　　⑧Authentication Data：认证码。包括8个明文的字符作为密码，如果没有配置，默认值为cisco。

　　⑨Vitual IP Address：虚拟ip地址。用来指定本热备份组的虚拟IP地址，它可以从活动路由器的Hello消息报文中学习到。如果没有配置该地址，并且Hello消息报文是需要认识的，那么只能通过活动路由器学习。

四、HSRP路由器的6中状态

　　1.Initial：HSRP启动时的状态，HSRP还没有运行，一般是在改变配置或端口刚刚启动时进入该状态。

　　2.Learn：在该状态下，路由器还没有决定虚拟IP地址，也没有看到认证的、来自活动路由器的Hello报文。路由器仍在等待活动路由器发来的Hello报文。

　　3.Listen：路由器已经得到了虚拟IP地址，但是它既不是活动路由器也不是等待路由器。它一直监听从活动路由器和等待路由器发来的Hello报文。

　　4.Speak：在该状态下，路由器定期发送Hello报文，并且积极参加活动路由器或等待路由器的竞选。如果选出活动路由器和备份路由器，则变成监听状态(Listen)。而此时只有活动路由器和备份路由处于Speak状态。

　　5.Standby：处于该状态的路由器是下一个候选的活动路由器，它定时发送Hello报文。

　　6.Active：处于活动状态的路由器承担转发数据包的任务，这些数据包是发给该组的虚拟MAC地址的。它定时发出Hello报文。

五、HSRP的2个定时器

　　HSRP使用2个定时器：Hello间隔和Hold时间。默认Hello间隔是3秒，默认的Hold间隔是10秒。Hello间隔定义了两组路由器之间交换信息的频率。Hlod间隔定义了经过多长时间后，没有收到其它路由器的信息，则活动路由器或者备用路由器就会被宣告为失败。配置计时器并不是越小越好，虽然计时器越小则切换时间越短。计时器的配置需要和STP等的切换时间相一致。另外，Hold间隔最少应该是Hello间隔的3倍。

六、实验

 　　实验拓扑如下：

　　   　　　　　　　　　　　　 　　

　　将各路由器的IP地址配置如上，所有的路由器均使用255.255.255.0的子网掩码。即前24位作为网络位，后8位作为主机位。

　　R1，R2，R3上需要启动动态路由协议，使得全网连通，ospf或者rip都可以，这里我们使用的是ospf；因为我们要将用R4模拟主机，所以在R4中用no ip routing命令禁用路由功能。

　　接下来配置HSRP，在路由器和三层交换机上都可以配置HSRP，这里是在路由器R2和R3上配置。

　　命令：

　　R2(config)#int f0/0　　　　　　　　　　　　　　　  //进入f0/0端口

　　R2(config-if)#standby 1 ip 192.168.100.23　　　　　//启用HSRP功能，创建standby组1，并设置虚拟网关IP地址192.168.100.23

　　R2(config-if)#standby 1 priority 200　　　　　　　　//设置HSRP的优先级，该值大的会抢占成Active路由器，默认为100

　　R2(config-if)#standby1 preempt       　　　　　　　  //设置允许在该路由器优先级是最高时抢占为活动路由器

　　R2(config-if)#standby1 timers 3 10      　　　　　　  //设置Hellotime为3秒，Holdtime为10秒，默认即为该值

　　R2(config-if)#standby1 authentication md5 key-string cisco       //配置认证密码

　　R2(config-if)#standby1 track s0/0 30        　　　　　//配置端口跟踪

 

　　R3(config)#int f0/0

　　R3(config-if)#standby 1 ip 192.168.100.23　　　　　　//注意同一个热备份组中路由器的虚拟网关IP地址相同

　　R3(config-if)#standby 1 preempt

　　R3(config-if)#standby 1 timers 3 10

　　R3(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco

  　  R3(config-if)#standby 1 track s0/0 30

　　

　　备注：

　　①相同组号的路由器属于同一个HSRP组，所有属于同一个HSRP组的路由器的虚拟IP地址必须一致。

　　②“standby 1 preempt”命令：

  　　　　1>如果不配置该命令，即使该路由器优先级再高，也不会成为Active路由；

  　　　　2>如果再配置“standby 1 preempt delayminimum 1000”命令，则会延时1000毫秒才进行抢占。

　　③Hellotime:路由器每间隔多长时间发送Hello信息；Holdtime:在多长时间内同组的其它路由器没有收到活动路由器的信息，则认为活动路由器发生故障；如果要更改默认值，所有同HSRP组的路由器该项设置必须一致。

　　④配置认证密码为了防止非法设备加入到HSRP组，并且同HSRP组的密码必须一致。

　　⑤可以使用“standby 1 mac-address”命令修改虚拟MAC地址，系统默认的MAC地址为“0000.0c07.acXX”，XX”为HSRP的组号。

　　⑥可以使用“standby 1 name”命令设置HSRP组1的名字，如果没有设置，系统将自动生成。

　　⑦由于HSRP的两个版本version1和version2不兼容，可以使用“standby version”命令设置HSRP的版本。

 

　　使用show standby brief命令查看HSRP简要信息。（如果要查看详细信息，请用show standby命令），可以看到，当前的Active路由器是R2，而Standby路由器为R3.

　　

　　在R4上连续ping路由器R1的s1/0端口的IP地址(192.168.12.1)，在R2上关闭f0/0端口，可以发现：当R2故障时，R3很快就替代了R2，计算机的通信几乎没有受到什么影响。

　　说明：如果重新打开R2的f0/0端口，由于在R2上配置了抢占(Preempt)，因此R2又会成为活动路由器。

　　

　　

　　R3#debug standby        //以下是当R2的f0/0端口关闭后，R3成为活动路由器过程中的debug信息

　　

 

七、配置多个HSRP组

　　之前的步骤已经虚拟了192.168.100.23网关，对于这个网关只能有一个活动路由器，于是这个路由器将承担全部的数据流量。我们可以再创建一个HSRP组，虚拟出另一个网关192.168.100.32，这时R3是活动路由器，让一部分计算机指向这个网关，这样就能做到负载平衡。

　　R2(config)#int f0/0

　　R2(config-if)#standby 2 ip 192.168.100.32

　　R2(config-if)#standby 2 preempt

　　R2(config-if)#standby 2 authentication md5 key-string cisco

　　R3(config)#int f0/0

　　R3(config-if)#standby 2 ip 192.168.100.32

　　R3(config-if)#standby 2 priority 120

　　R3(config-if)#standby 2 preempt

　　R3(config-if)#standby 2 authentication md5 key-string cisco

　　R3(config-if)#standby 2 track s0/1 30

　　说明：结合上文中HSRP组1的配置，我们已经创建了两个HSRP组，组1的IP为192.168.100.23，活动路由器为R2，一部分计算机的网关指向192.168.100.23。组2的IP为192.168.100.32，活动路由器为R3，其余计算机的网关指向192.168.100.32。这样，当网络全部正常时，一部分数据是由R2转发的，其余数据是由R3转发的，实现了负载平衡。当一个路由器出现问题时，则另一个路由器就成为两个HSRP组的活动路由器，承担全部的数据转发。通过这种方式实现负载平衡，要求不同的计算机在设置网关时有所不同，如果计算机的IP是DHCP分配的，那这种方法就不太方便了。

　　注意：HSRP实际上在局域网用的较多，由于局域网内大多使用三层交换机，所以这时HSRP是在交换机上配置的。另外，HSRP有Version1和Version2，两者不兼容，因此所有路由器或者交换机要使用相同的HSRP版本，可以使用“standby version”命令设置版本。

 

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