版HSRP热备份路由器协议

随着网络应用的丰富和普及，人们对网络的依赖性也越来越强，同时对网络的稳定性提出了更高的要求。可以使用基于设备的备份结构，就像在服务器中为提高数据的安全性而采用双硬盘结构一样。核心层是整个网络的核心和心脏，如果核心骨干发生致命性的故障，将导致本地网络的瘫痪，所造成的损失也是难以估计的，所以对核心设备采用热备份是提高网络健壮性的必然选择。在一个核心设备完全不能工作的情况下，它的全部功能便被系统中的另一个设备完全接管，直至出现问题的路由器恢复正常，这就是Cisco的热备份路由器协议（Hot Standby Router Protocal，HSRP）要解决的问题。

1.协议概述

实现HSRP的条件是系统中有多台路由器，它们组成一个“热备份组”，这个组形成一个虚拟路由器。在任一时刻，一个组内只有一个路由器是活动的，并由它来转发数据包，如果活动路由器发生了故障，将选择一个备份路由器来替代活动路由器，在本网络内的主机看来，虚拟路由器没有改变，主机仍然保持连接，没有受到故障的影响，这样就较好地解决了路由器设备切换的问题。为了减少网络的数据流量，在设置完活动路由器和备份路由器之后，只有活动路由器和备份路由器定时发送HSRP报文。如果活动路由器失效，备份路由器将接替并成为活动路由器。如果备份路由器失效或者变成了活动路由器，另外的路由器将被选为备份路由器。在实际的一个特定的局域网中，可能有多个热备份组并存或重叠。每个热备份组模仿一个虚拟路由器工作，它有一个Well⁃known⁃MAC地址和一个IP地址。该IP地址、组内路由器的接口地址、主机IP地址在同一个子网内，但是不能一样。当在一个局域网上有多个热备份组存在时，可以把主机分布到不同的热备份组，可以使负载得到分担。

2.工作原理

热备份路由器协议（HSRP）的设计目标是支持在特定环境下IP流量中断后的无损故障转移，并允许主机使用单路由器，以及即使在实际的第一跳路由器死机的情形下仍能保持网络连接，也就是说，当主机不能动态习得第一跳路由器的IP地址时，HSRP能够保护第一跳路由不失败。该协议有多个路由器参与，并共同创建了一个虚拟路由器。HSRP确保有且只有一个路由器代表虚拟路由器实现数据包转发过程。终端主机将它们各自的数据包转发到该虚拟路由器上。HSRP本身是路由器使用的协议，因为在网络中的核心层是第三层交换机，具备路由功能，所以在网络中为了保障网络的正常运行也通常使用HSRP。

3.HSRP中路由器的状态及状态转换

在热备份组中，每个路由器运行着一个简单的状态机，通过当前的状态和事件的触发而转换成不同的状态。其中包括以下状态。

1）初始状态：HSRP启动时的状态，且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）学习状态：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）监听状态：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备份路由器。它一直监听从活动路由器和备份路由器发来的HELLO报文。

4）说话状态：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备份路由器的竞选。

5）等待状态：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）活动状态：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。

另外，每一个路由器都有3个计时器，即活动计时器、等待计时器和呼叫计时器。状态的变化都是由事件引起的，不同的事件作用于不同的状态就会产生不同的动作，如启动计时器、发送报文等。

【实现过程】

配置HSRP一般包括以下几个方面。(www.xing528.com)

1）在端口配置下，用“ip address”命令语句设置接口IP地址和子网掩码。

2）在接口配置下，启用HSRP功能，并利用standby命令设置虚拟组号和IP地址，其中有相同组号的属于同一个HSRP组，所有属于同一个HSRP组的虚拟地址必须一致。

3）在端口设置状态下设置HSRP，抢占standby组号preempt。该设置允许权值高于该HSRP组中的其他路由器的路由器成为主路由器（活动路由器）。所有路由器都应该设置此项，以便每台路由器都可以成为其他路由器的备份路由器。如果不设置该项，即使该路由器权值再高，也不会成为主路由器。

4）设置路由器的HSRP权值、在standby组号后设置priority权值。如果不设置该项，默认权值为100，其中权值数越大，则抢占为主路由器的优先权越高。

5）设置HSRP组路由器身份验证字符串，其中在standby组号后有authentication字符串。该项设置为可选设置。如果设置该项，则该HSRP组的所有路由器都必须进行该项设置，且只有有相同字符串的该组中的路由器才能进行HSRP设置。

6）设置HSRP切换时间，其中在standby组号后面有时间参数1和时间参数2。其中时间参数1表示路由器每间隔多长时间交换一次HELLO信息，以表明路由器出现故障或工作正常。时间参数2表示同组的其他路由器在多长时间内没有收到主路由器的信息，则宣布主路由器瘫痪。该设置的默认值分别为3s和10s。如果要更改默认值，所有同HSRP组的路由器的该项设置也必须一致。

7）端口跟踪设置，可以在standby组号后面的track后加端口号。该项设置为可选设置。该设置表示如果所监测的端口出现故障，也进行路由器的切换。可以跟踪多个端口。

举例如下：如图3-11所示，图中2台三层交换机S3A和S3B的fa0/1、fa0/2、fa0/3分别与S2A、S2B、S2C的fa0/1、fa0/2口相连接，S3A和S3B的fa0/0分别接到上一个设备，S3A和S3B分别创建VLAN1、VLAN2、VLAN3、VLAN4，且地址分别为192.192.1.1/24、192.192.2.1/24、192.192.3.1/24和192.192.4.1/24；S3A的fa0/0地址为1.1.1.254/24，S3B的fa0/0地址为2.2.2.254/24。配置HSRP以实现S3A和S3B备份。

图3-11 HSRP实例图

三层交换机S3A的配置如下。

三层交换机S3B的配置如下。