利用HSRP實(shí)現(xiàn)IP路由容錯

2019-11-05 00:36:10

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供稿：網(wǎng)友

　　對于ip網(wǎng)絡(luò)來說，Cisco的熱備份路由協(xié)議(HSRP, Hot Standby Routing PRotocol)答應(yīng)網(wǎng)絡(luò)在一個路由器失效不能工作時，網(wǎng)絡(luò)中的另一個路由器自動接管失效路由器，從而實(shí)現(xiàn)IP路由容錯。HSRP協(xié)議還答應(yīng)兩個或多個配置HSRP協(xié)議的路由器使用一個虛擬路由器的MAC地址和IP地址。
　　
　　虛擬路由器物理上并不存在，它表示一個能為它們提供備份容錯的公共路由器對象。圖1顯示了配置HSRP協(xié)議的廣域網(wǎng)中的北京網(wǎng)段。其中，每個物理路由器都配置了虛擬路由器的MAC地址和IP地址。
　　在圖1中，虛擬路由器的MAC地址是0000.0c07.ac01。當(dāng)配置HSRP協(xié)議時，路由器自動地在Cisco IOS軟件的地址池中選擇一個虛擬MAC地址，該虛擬MAC地址在Cisco 公司的MAC地址塊范圍內(nèi)。以太網(wǎng)和FDDI局域網(wǎng)使用預(yù)先指定的MAC地址作為虛擬MAC地址，令牌環(huán)局域網(wǎng)使用一個功能地址作為虛擬MAC地址。
　　在圖1中，網(wǎng)絡(luò)192.1.1.0中的主機(jī)的缺省路由器沒有設(shè)置為路由器A，而設(shè)置為虛擬路由器的IP地址。當(dāng)用戶A的工作站給位于廣州網(wǎng)段的用戶B的工作站發(fā)送數(shù)據(jù)包時，它將數(shù)據(jù)包發(fā)送到虛擬路由器的MAC地址。
　　　

　　在圖1中，路由器A設(shè)置為主動路由器。它被配置為虛擬路由器的IP地址和MAC地址，所有發(fā)往虛擬路由器的數(shù)據(jù)包都經(jīng)由接口發(fā)送到廣州網(wǎng)段。作為備份路由器，路由器B也被配置為虛擬路由器的IP地址和MAC地址。假如由于某種原因路由器A停止轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，路由協(xié)議發(fā)生收斂，路由器B接管路由器A變?yōu)橹鲃勇酚善鳌Ｒ簿褪钦f，路由器B對虛擬MAC地址和虛擬IP地址進(jìn)行反應(yīng)。用戶A的工作站繼續(xù)使用虛擬路由器的IP地址將數(shù)據(jù)包發(fā)往用戶B的工作站，路由器B接受這些數(shù)據(jù)包，并通過上海網(wǎng)段將其發(fā)送到廣州網(wǎng)段。直到路由器A重新工作，HSRP答應(yīng)路由器B為北京網(wǎng)段的用戶提供不間斷的與廣州網(wǎng)段的用戶進(jìn)行通信服務(wù)。當(dāng)路由器B是主動路由器時，路由器B執(zhí)行正常功能：轉(zhuǎn)發(fā)北京網(wǎng)段和上海網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)包。
　　
　　HSRP的工作原理
　　
　　HSRP協(xié)議利用一個優(yōu)先級方案來決定哪個配置了HSRP協(xié)議的路由器成為默認(rèn)的主動路由器。假如一個路由器的優(yōu)先級設(shè)置得比所有其他路由器的優(yōu)先級高，則該路由器成為主動路由器。路由器的缺省優(yōu)先級是100，所以假如只設(shè)置一個路由器的優(yōu)先級高于100，則該路由器將成為主動路由器。
　　通過在設(shè)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(dāng)前的主動路由器。當(dāng)在預(yù)先設(shè)定的一段時間內(nèi)主動路由器不能發(fā)送hello消息時，優(yōu)先級最高的備用路由器變?yōu)橹鲃勇酚善鳌Ｂ酚善髦g的包傳輸對網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)來說都是透明的。
　　配置了HSRP協(xié)議的路由器交換以下三種多點(diǎn)廣播消息：
　　● Hello──hello消息通知其他路由器發(fā)送路由器的HSRP優(yōu)先級和狀態(tài)信息，HSRP路由器默認(rèn)為每3秒鐘發(fā)送一個hello消息；
　　● Coup──當(dāng)一個備用路由器變?yōu)橐粋€主動路由器時發(fā)送一個coup消息；
　　● Resign──當(dāng)主動路由器要宕機(jī)或者當(dāng)有優(yōu)先級更高的路由器發(fā)送hello消息時，主動路由器發(fā)送一個resign消息。
　　在任一時刻，配置了HSRP協(xié)議的路由器處于以下四種狀態(tài)之一：
　　● Active──路由器執(zhí)行包傳輸功能；
　　● Standby──當(dāng)主動路由器失效時路由器預(yù)備接管包傳輸功能；
　　● Speaking and listening──路由器正在發(fā)送和監(jiān)聽hello消息；
　　● Listening──路由器正在監(jiān)聽hello消息。
　　
　　配置HSRP
　　
　　圖2給出了一個IP網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，其中兩個路由器配置了HSRP協(xié)議。
　　　

　　網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)都將虛擬路由器的IP地址（本文中為1.0.0.3）配置為缺省的網(wǎng)關(guān)。配置缺省網(wǎng)關(guān)的命令與主機(jī)的操作系統(tǒng)、TCP/IP實(shí)現(xiàn)和配置有關(guān)。
　　以下是路由器A的配置：
　　hostname RouterA
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.1 255.0.0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.3
　　standby 1 preempt
　　standby 1 priority 110
　　standby 1 authentication example
　　standby 1 timers 5 15
　　!
　　interface ethernet 1
　　ip address 3.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 3.0.0.0
　　以下是路由器B的配置：
　　hostname RouterB
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.2 255.0.0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.3
　　standby 1 preempt
　　standby 1 authentication example
　　standby 1 timers 5 15
　　!
　　interface ethernet 1
　　ip address 2.0.0.2 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 2.0.0.0
　　其中的standby ip接口設(shè)置命令啟動HSRP協(xié)議并設(shè)置1.0.0.3作為虛擬路由器的IP地址。兩個路由器的配置中均包含了這個命令，這樣兩個路由器共享同一個虛擬IP地址。1建立備用組1（假如不指定一個組號，則缺省組號為0）。在建立的備用組中必須有一個路由器指定虛擬路由器的IP地址，備用組中的其他路由器指定虛擬路由器的IP地址則是可選的。
　　其中的standby preempt接口設(shè)置命令答應(yīng)當(dāng)該路由器的優(yōu)先級比組中的其他的路由器的優(yōu)先級高時，該路由器成為主路由器。在本文的配置中，兩個路由器都包含該命令，這樣其中的任何一個路由器都可以成為另一個路由器的備份路由器。其中的1表示此命令適用于備用組1。假如其中的一個路由器配置中不包含此命令，則該路由器不能成主動路由器。
　　其中的standby priority接口設(shè)置命令設(shè)置路由器的HSRP優(yōu)先級為110，這比缺省的100優(yōu)先級高。在本文的配置中只有路由器A包含這個命令，這使路由器A成為缺省的主動路由器。1表示該命令適用于備用組1。
　　其中的standby authentication接口設(shè)置命令建立一個8字符的明文認(rèn)證字符串，此認(rèn)證字符串包含在每個HSRP多點(diǎn)廣播消息中。
　　該命令是可選的，假如使用，則組中的每個配置HSRP協(xié)議的路由器必須使用相同的認(rèn)證字符串，以保證每個路由器能確認(rèn)接收到的HSRP消息的來源。1表示此命令應(yīng)用于備用組1。
　　其中，standby timers接口設(shè)置命令設(shè)置hello消息之間的間隔，稱為hello時間，此時間間隔為5秒; 路由器在等待8秒鐘保持時間之后公布主動路由器宕機(jī)（缺省的hello時間和保持時間分別為3秒和10秒）。假如修改此參數(shù)，則各路由器必須使用相同的hello時間和保持時間。1表示此命令應(yīng)用于備用組1。
　　
　　配置多個HSRP組
　　
　　多組HSRP協(xié)議（MHSRP）是HSRP協(xié)議的擴(kuò)展，它答應(yīng)路由器的一個端口隸屬于多個熱備份組。MHSRP協(xié)議需要Cisco IOS 10.3或以上的版本支持，并且路由器硬件答應(yīng)一個以太網(wǎng)端口綁定多個單點(diǎn)廣播MAC地址，如AGS、AGS+以及Cisco 7000系列路由器。如圖3所示，這些非凡路由器硬件答應(yīng)配置路由器中的一個端口，使得該路由器成為多個備份組的備份路由器。
　　在圖3中，路由器A的以太網(wǎng)端口0屬于組1，路由器B的以太網(wǎng)端口0屬于組1、2和3，路由器C的以太網(wǎng)端口0屬于組2，路由器D的以太網(wǎng)端口0屬于組3。可以按照部門組織結(jié)構(gòu)來建立各組。在這中情況下，組1可能表示工程部門，組2表示制造部門，組3表示財(cái)務(wù)部門。
　　　

　　路由器B配置為組1和組2的主動路由器，組3的備份路由器。路由器D配置為組3的主動路由器。假如路由器D因?yàn)槟撤N原因失效，路由器B將執(zhí)行路由器D的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而答應(yīng)財(cái)務(wù)部門的用戶可以繼續(xù)訪問其他子網(wǎng)的數(shù)據(jù)。
　　以下是路由器A的配置：
　　hostname RouterA
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.1 255.0.0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.5
　　standby authentication sclara
　　!
　　interface serial 0
　　ip address 2.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 2.0.0.0
　　以下是路由器B的配置，要求路由器B必須是AGS、AGS+或者Cisco 7000系列路由器：
　　hostname RouterB
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.2 255.0 0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.5
　　standby 1 priority 110
　　standby 1 preempt
　　standby 1 authentication sclara
　　standby 2 ip 1.0.0.6
　　standby 2 priority 110
　　standby 2 preempt
　　standby 2 authentication mtview
　　standby 3 ip 1.0.0.7
　　standby 3 preempt
　　standby 3 authentication svale
　　!
　　interface serial 0
　　ip address 3.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 3.0.0.0
　　以下是路由器C的配置：
　　hostname RouterC
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.3 255.0 0.0
　　standby 2 ip 1.0.0.6
　　standby 2 authentication mtview
　　!
　　interface serial 0
　　ip address 4.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 4.0.0.0
　　以下是路由器D的配置：
　　hostname RouterD
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.4 255.0 0.0
　　standby 3 ip 1.0.0.7
　　standby 1 priority 110
　　standby 1 preempt
　　standby 3 authentication svale
　　!
　　interface serial 0
　　ip address 4.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 5.0.0.0
　　
　　端口跟蹤
　　
　　根據(jù)路由器的某些端口是否有效，利用HSRP和MHSRP協(xié)議的端口跟蹤特性能夠調(diào)整熱備路由器的優(yōu)先級。當(dāng)一個路由器的被跟蹤端口失效時，該路由器的HSRP優(yōu)先級將降低。端口跟蹤特性可以大大減少含有失效要害端口的路由器成為主動路由器的可能性。要配置端口跟蹤特性，使用standby track接口配置命令。圖4顯示了一個配置了端口跟蹤特性的網(wǎng)絡(luò)。
　　

　　在圖4中，路由器A配置為主動路由器，路由器B和路由器C配置為路由器A的熱備路由器。
　　以下是路由器A的配置：
　　hostname RouterA
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.1 255.0.0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.4
　　standby 1 preempt
　　standby 1 priority 110
　　standby authentication microdot
　　!
　　interface serial 0
　　ip address 2.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 3.0.0.0
　　其中的standby ip接口設(shè)置命令使能HSRP協(xié)議，并設(shè)置1.0.0.4作為虛擬路由器的IP地址。1建立熱備份組1。
　　其中的standby preempt接口設(shè)置命令答應(yīng)路由器A在其優(yōu)先級比熱備份組中配置HSRP協(xié)議的其他所有路由器的優(yōu)先級高時變?yōu)橹鲃勇酚善鳌?
　　其中的standby priority接口設(shè)置命令設(shè)置路由器的優(yōu)先級為110，為本例三個路由器中優(yōu)先級最高的。由于路由器A的優(yōu)先級最高，在正常情況下路由器A就是主動路由器。
　　以下是路由器B的配置：
　　hostname RouterB
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.2 255.0 0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.4
　　standby 1 preempt
　　standby 1 priority 105
　　standby track serial 0
　　standby 1 authentication microdot
　　interface serial 0
　　ip address 3.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 2.0.0.0
　　其中的standby preempt接口設(shè)置命令答應(yīng)當(dāng)路由器B的優(yōu)先級最高時立即變?yōu)橹鲃勇酚善鳎词巩?dāng)前的主動路由器沒有失效。
　　其中的standby priority接口設(shè)置命令設(shè)置路由器B的優(yōu)先級為105（低于路由器A的優(yōu)先級而高于路由器C的優(yōu)先級），所以路由器B是熱備路由器。
　　其中的standby track接口設(shè)置命令使得以太網(wǎng)接口0跟蹤串行接口0。假如串行接口0失效，路由器B的優(yōu)先級就減去10（缺省值）。
　　以下是路由器C的配置：
　　hostname RouterC
　　!
　　interface ethernet 0
　　ip address 1.0.0.3 255.0 0.0
　　standby 1 ip 1.0.0.4
　　standby 1 preempt
　　standby 1 priority
　　standby track serial 0
　　standby 1 authentication microdot
　　!
　　interface serial 0
　　ip address 4.0.0.1 255.0.0.0
　　!
　　router eigrp 1
　　network 1.0.0.0
　　network 4.0.0.0
　　其中的standby preempt接口設(shè)置命令答應(yīng)當(dāng)路由器C的優(yōu)先級最高時立即變?yōu)橹鲃勇酚善鳌?
　　其中的standby priority接口設(shè)置命令沒有設(shè)置路由器C的優(yōu)先級，所以路由器C的優(yōu)先級是100（缺省值）。
　　假如路由器A失效，而路由器B的串行接口0正常，路由器B（優(yōu)先級為105）將變?yōu)橹鲃勇酚善鳌５牵偃缏酚善鰾的串行接口0在路由器A串行接口0失效之前失效，路由器B的優(yōu)先級將減為95。假如而后路由器A失效，則路由器C（優(yōu)先級為100）就變?yōu)橹鲃勇酚善鳌?
　　
　　結(jié)束語
　　
　　HSRP和MHSRP協(xié)議為IP數(shù)據(jù)包提供了路由容錯，使所有網(wǎng)段上的主機(jī)能夠永不停頓地訪問所有網(wǎng)段上的資源。為了實(shí)現(xiàn)路由容錯，HSRP和MHSRP協(xié)議需要一個快速收斂的路由協(xié)議如增強(qiáng)的IGRP協(xié)議。快速收斂的路由協(xié)議保證了路由狀態(tài)的變化能夠迅速地廣播，使得網(wǎng)絡(luò)用戶感覺不到路由器由熱備狀態(tài)到主動狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。

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