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HSRP双机热备工作原理与配置

發(fā)布時間：2024/4/13 编程问答 35 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 HSRP双机热备工作原理与配置小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

熱備份路由選擇協(xié)議（HSRP）

一、HSRP的相關(guān)概念

1、HSRP的原理

1.1、HSRP概述

HSRP（Host Standby Routing Protocol，熱備份路由選擇協(xié)議）是Cisco私有的一種協(xié)議，它確保了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備或接入鏈路出現(xiàn)故障時，用戶通信能迅速并透明的修復(fù)，以此為IP網(wǎng)絡(luò)提供冗余性。通過應(yīng)用HSRP，可使網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行時間接近100%。從而保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求。

HSRP為IP網(wǎng)絡(luò)提供了容錯和增強(qiáng)的路由選擇功能。通過使用一個虛擬IP地址和虛擬MAC地址，LAN網(wǎng)絡(luò)上的兩臺或者多臺路由器可以作為一臺虛擬路由器對外提供服務(wù)。HSRP使用組內(nèi)Cisco路由器能互相監(jiān)視對方的運(yùn)行狀態(tài)：

※虛擬路由器組的成員通過HSRP消息不斷地交換狀態(tài)信息。

※如果其中一臺出現(xiàn)故障，另一臺可接替他繼續(xù)完成路由功能。

1.2、HSRP組成員

HSRP備份組由一臺活躍路由器、一臺備份路由器、一臺虛擬路由器和其他路由器組成。

各個路由器的功能如下：

活躍路由器：轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送到虛擬路由器的數(shù)據(jù)包。組中的另一臺路由器被選為備份路由器。活躍路由器通過發(fā)送Hello消息來承擔(dān)和保持他活躍的角色。

備份路由器：監(jiān)視HSRP組的運(yùn)行狀態(tài)，并且當(dāng)活躍路由器不能運(yùn)行的時，迅速承擔(dān)起轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的責(zé)任。備份路由器也傳輸Hello消息，告知組中所有路由器備份路由器的角色和狀態(tài)變化。

虛擬路由器：向最終用戶提供一臺可以連續(xù)工作的路由器。虛擬路由器配有它自己的IP地址和MAC地址。但并不實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

HSRP備份組：可以包含其他路由器。這些路由器監(jiān)視Hello消息，但不做應(yīng)答。這些路由器轉(zhuǎn)發(fā)任何經(jīng)由他們的數(shù)據(jù)包，但并不轉(zhuǎn)發(fā)經(jīng)由虛擬路由器的數(shù)據(jù)包。

1.3、HSRP的具體工作原理

HSRP組內(nèi)的每個路由器都有指定的優(yōu)先級（priority），用于衡量路由器在活躍路由器選擇中的優(yōu)先程度。默認(rèn)優(yōu)先級是100，他是用戶配置中的可選項(xiàng)，可以使0~255內(nèi)的任何值。組中最高優(yōu)先級的路由器將成為活躍路由器。

活躍HSRP路由器通過HSRP組成員的優(yōu)先級的設(shè)定而確定。如下圖

活躍路由器替代虛擬路由器對數(shù)據(jù)流進(jìn)行相應(yīng)。如果末端主機(jī)發(fā)送了一個數(shù)據(jù)包到虛擬路由器的MAC地址，那么，活躍路由器將接受并處理這個數(shù)據(jù)包。如果末端主機(jī)對虛擬路由器的IP地址發(fā)送ARP解析請求，那么，活躍路由器將使用虛擬路由器的MAC地址進(jìn)行應(yīng)答。

如上圖所示，路由器A的優(yōu)先級為200，路由器B的優(yōu)先級為150（默認(rèn)優(yōu)先級為100）。路由器A承擔(dān)活躍路由器的角色，并且轉(zhuǎn)發(fā)所有到達(dá)自動生成的HSRP虛擬MAC的數(shù)據(jù)幀。

選擇活躍路由器和備份路由器時，如果優(yōu)先級相同，IP地址大的路由器獲勝。（例如：兩臺路由器HSRP優(yōu)先級都是100，一臺路由器位于此LAN網(wǎng)段的端口的IP地址是10.1.1.2，另一臺路由器位于此LAN網(wǎng)段的端口的IP地址是10.1.1.3，則IP地址為10.1.1.3的路由器會成為活躍路由器）。

運(yùn)行HSRP的設(shè)備會發(fā)送和接收基于用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP ?1985）的組播Hello包，已檢測路由器故障，并確定活躍路由器和備份路由器。一個組內(nèi)的HSRP路由器會從活躍路由器那里學(xué)到Hello間隔，保持時間（Hold Time）和虛擬IP地址。

1.4、虛擬MAC地址

????? ARP在IP地址和MAC地址之間建立了一種關(guān)聯(lián)。每臺三層交換機(jī)都維護(hù)者一個地址解析表。三層交換機(jī)在試圖聯(lián)系某個設(shè)備之前，先檢查其ARP緩存，已確定這個地址是否已經(jīng)被解析。虛擬路由器的IP地址和相應(yīng)的MAC地址維持在HSRP組中的每臺三層交換機(jī)的ARP表中。

虛擬路由器所用的MAC地址由三部分組成：

廠商編碼—MAC地址的前三個字節(jié)，代表著廠商。

HSRP編碼（虛擬MAC地址）—HSRP編碼總是“07.ac”。

組好（HSRP組號）——MAC地址的最后一個字節(jié)是組的標(biāo)識號。（例如：組號47轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制為2f，他將構(gòu)成MAC地址的最后一個字節(jié)）

也可以使用下面命令顯示每個HSRP組的虛擬IP地址和MAC地址：

1.5、HSRP消息

????? HSRP中的所有路由器都發(fā)送或接收HSRP消息。這些消息用來決定和維護(hù)組內(nèi)的路由器角色。HSRP消息封裝在UDP數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)部分，使用UDP端口號1985。2、HSRP的狀態(tài)

2、HSRP的狀態(tài)

???? HSRP配置的路由器有六種狀態(tài)，分別如下：

???? 初始狀態(tài)、學(xué)習(xí)狀態(tài)、監(jiān)聽狀態(tài)、發(fā)言狀態(tài)、備份狀態(tài)、活躍狀態(tài)。

???? 并不是所有的HSRP路由器都經(jīng)歷所有狀態(tài)。例如，不是備份路由器或者活躍路由器的路由器，就不會有備份狀態(tài)和活躍狀態(tài)。

????

2.1、HSRP六種狀態(tài)

???? a、初始狀態(tài)：所有路由器都從初始狀態(tài)開始。這是一種起始狀態(tài)，同時表明HSRP還沒有運(yùn)行。配置發(fā)生變化或一個端口第一次啟用時，就進(jìn)入該狀態(tài)。

???? b、學(xué)習(xí)狀態(tài)：路由器等待來自活躍路由器的消息。這時，路由器還沒有看到來自活躍路由器的Hello消息，也沒有學(xué)習(xí)到虛擬路由器的IP地址。

?? ??c、監(jiān)聽狀態(tài)：路由器知道了虛擬路由器的IP地址，但它既不是活躍路由器，也不是備份路由器。這時，路由器監(jiān)聽來自活躍路由器和備份路由器的Hello消息。除活躍路由器和備份路由器之外的路由器都保持監(jiān)聽狀態(tài)。

???? d、發(fā)言狀態(tài)：路由器周期性的發(fā)送Hello消息，并參與活躍路由器或備份路由器的競選。路由器在獲得虛擬路由器的IP地址之前，不能進(jìn)入發(fā)言狀態(tài)。

??? ?e、備份狀態(tài)：路由器是成為下一個活躍路由器的候選設(shè)備，并且它也能周期性的發(fā)送Hello消息。在一個組中只有一臺備份路由器。

???? f、活躍狀態(tài)：在活躍狀態(tài)，路由器負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送到備份組的虛擬MAC地址的數(shù)據(jù)包。活躍路由器周期的發(fā)送Hello消息。在一個組中，必須有且只有一臺活躍路由器。

2.2、HSRP計(jì)時器

?????? HSRP使用兩個計(jì)時器：Hello間隔計(jì)時器和保持時間計(jì)時器。任何狀態(tài)的HSRP路由器都會在Hello間隔計(jì)時器超時后生成Hello包。默認(rèn)的Hello間隔是3s，默認(rèn)的保持時間是10s。

?????? 未配置計(jì)時器的路由器會從活躍路由器或備份路由器學(xué)到這些計(jì)時器的值。活躍路由器上配置的計(jì)時器值會覆蓋其他路由器上的計(jì)時器設(shè)定值。同一個SHRP組內(nèi)的路由器應(yīng)該使用相同的計(jì)時器值。通常，保持時間會大于或等于Hello間隔的三倍，并且保持時間的取值必須大于Hello間隔。

?????? 默認(rèn)的HSRP計(jì)時器適用于大多數(shù)的LAN網(wǎng)段。

3、HSRP與VRRP的區(qū)別

???? HSRP是Cisco私有的協(xié)議。VRRP是IETF制定的一種路由備份冗余協(xié)議，實(shí)現(xiàn)原理和過程與HSRP基本相同。
VRRP和HSRP的一個主要區(qū)別表現(xiàn)在安全方面。VRRP允許彩玉VRRP組的設(shè)備間建立認(rèn)證機(jī)制。另一個主要區(qū)別是：VRRP中只有三種狀態(tài)——初始狀態(tài)（initialize）、主狀態(tài)（Master）、備份狀態(tài)（Backup），而HSRP有六種狀態(tài)。另外，在報(bào)文類型、報(bào)文格式格式和通過TCP而非UDP發(fā)送報(bào)文方面也有所不同。

二、課后實(shí)驗(yàn)

隨著公司的發(fā)展，對網(wǎng)絡(luò)的要求越來越高，為了保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠性，公司決定搭建兩臺核心交換機(jī)做雙機(jī)熱備，同時為了充分利用資源，還要實(shí)現(xiàn)vlan的負(fù)載均衡，并且便于設(shè)備的管理。

實(shí)現(xiàn)思路：

1、? 核心交換機(jī)配置VTP服務(wù)；

2、? 交換機(jī)之間接口全部配置為Trunk模式；

3、? 在SW1和SW2上配置HSRP；

4、? 配置DHCP服務(wù)；

5、? R2配置ACL與NAT；

6、? 使用靜態(tài)路由與默認(rèn)路由進(jìn)行選路。

7、? 提高鏈路的負(fù)載均衡及冗余。

實(shí)驗(yàn)要求：

1、? vlan進(jìn)行統(tǒng)一管理；

2、? SW1為vlan10、20的負(fù)載，SW2為vlan30、40的負(fù)載；

3、? 客戶機(jī)均使用自動獲取IP地址；

4、? 客戶端均可以ping通R1的地址

5、? 驗(yàn)證SW1關(guān)機(jī)后，是否能夠正常通訊

實(shí)驗(yàn)拓?fù)?#xff1a;

實(shí)驗(yàn)命令與解釋

SW1#en???????? ??????\\進(jìn)入特權(quán)模式

SW1#vlan da?????????? \\進(jìn)入vlan數(shù)據(jù)庫模式

SW1(vlan)#vtp do ww??? \\創(chuàng)建名叫ww的VTP域

SW1(vlan)#vtp ser?????? \\設(shè)置為VTP服務(wù)器模式

SW1(vlan)#vlan 10?????? \\創(chuàng)建vlan 10

SW1(vlan)#vlan 20

SW1(vlan)#vlan 30

SW1(vlan)#vlan 40

SW1(vlan)#exit???????? ?\\返回上一級模式

SW1#conf t???????????? \\進(jìn)入全局配置模式

SW1(config)#int vlan 10?? \\進(jìn)入vlan10接口

SW1(config-if)#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0?? \\配置vlan 10 IP地址

SW1(config-if)#no sh?????????????????????????? \\開啟

SW1(config-if)#stan 10 ip 192.168.10.254????????? \\配置HSRP虛擬IP地址

SW1(config-if)#stan 10 pri 150?????????????????? \\配置優(yōu)先級為150

SW1(config-if)#stan 10 pre????????????????????? \\配置占先權(quán)

SW1(config-if)#stan 10 tr f0/0 100??????? ?\\配置端口跟蹤，端口不通后，減100優(yōu)先權(quán)

SW1(config-if)#standby 10 timers 2 8?? ????\\配置Hello消息，2s是Hello，8是保持時間

SW1(config-if)#int vlan 20??????????????????????

SW1(config-if)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0

SW1(config-if)#no sh

SW1(config-if)#stan 20 ip 192.168.20.254

SW1(config-if)#stan pri 150

SW1(config-if)#stan 20 pre

SW1(config-if)#standby 10 tr f0/0 100

SW1(config-if)#int vlan 30

SW1(config-if)#ip add 192.168.30.1 255.255.255.0?

SW1(config-if)#no sh

SW1(config-if)#stan 30 ip 192.168.30.254

SW1(config-if)#stan 30 pre

SW1(config-if)#int vlan 40

SW1(config-if)#ip add 192.168.40.1 255.255.255.0

SW1(config-if)#no sh

SW1(config-if)#stan 40 ip 192.168.40.254

SW1(config-if)#stan 40 pre

SW1(config-if)#int r f0/1 -2??????????????? \\進(jìn)入1至2接口

SW1(config-if-range)#sw mo tr ????????????\\配置端口為Trunk模式

SW1(config-if-range)#channel-group 1 mo on ?\\配置鏈路負(fù)載（端口聚合）

SW1(config-if-range)#no sh??????????????? \\開啟端口

SW1(config-if-range)#int r f0/5 -8?????????? \\進(jìn)入5至8接口

SW1(config-if-range)#sw mo tr ????????????\\配置端口為Trunk模式

SW1(config-if-range)#no sh??????????????? \\開啟端口

SW1(config-if-range)#int f0/0????????????? \\進(jìn)入f0/0接口

SW1(config-if)#no sw???????????????????? \\關(guān)閉交換接口模式

SW1(config-if)#ip add 192.168.1.2 255.255.255.0??

SW1(config-if)#exit

SW1(config)#ip dhcp pool vlan10??????????? \\創(chuàng)建DHCP地址池名稱

SW1(dhcp-config)#netw 192.168.10.0 255.255.255.0??? \\地址池分配的地址段

SW1(dhcp-config)#defa 192.168.10.254????????????? \\默認(rèn)網(wǎng)關(guān)地址

SW1(dhcp-config)#dns 8.8.8.8???????????????????? \\DNS服務(wù)器地址

SW1(config-if)#exit

SW1(config)#ip dhcp pool vlan20

SW1(dhcp-config)#netw 192.168.20.0 255.255.255.0

SW1(dhcp-config)#defa 192.168.20.254

SW1(dhcp-config)#dns 8.8.8.8

SW1(config-if)#exit

SW1(config)#ip dhcp pool vlan30

SW1(dhcp-config)#netw 192.168.30.0 255.255.255.0

SW1(dhcp-config)#defa 192.168.30.254

SW1(dhcp-config)#dns 8.8.8.8

SW1(config-if)#exit

SW1(config)#ip dhcp pool vlan40

SW1(dhcp-config)#netw 192.168.40.0 255.255.255.0

SW1(dhcp-config)#defa 192.168.40.254

SW1(dhcp-config)#dns 8.8.8.8

SW1(config)#spanning-tree vlan 10 root primary?????? \\指定為vlan10的根網(wǎng)橋

SW1(config)#spanning-tree vlan 20 root primary

SW1(config)#spanning-tree vlan 30 root secondary????? \\指定為vlan30的輔助

SW1(config)#spanning-tree vlan 40 root secondary

SW1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1?????? \\配置默認(rèn)路由

SW2#en

SW2#vlan da

SW2(vlan)#vtp do ww

SW2(vlan)#vtp cl

SW2(vlan)#vtp client

SW2(vlan)#exit

SW2#conf t

SW2(config)#int r f0/1 -2

SW2(config-if-range)#sw mo tr

SW2(config-if-range)#channel-group 1 mo on

SW2(config-if-range)#no sh

SW2(config-if-range)#int r f0/5 -8

SW2(config-if-range)#sw mo tr

SW2(config-if-range)#no sh

SW2(config-if-range)#exit

SW2(config)#int vlan 10?? \\進(jìn)入vlan10接口

SW2(config-if)#ip add 192.168.10.2 255.255.255.0??

SW2(config-if)#no sh??????????????????????????

SW2(config-if)#stan 10 ip 192.168.10.254?????????

SW2(config-if)#stan 10 pre?????????????????????

SW2(config-if)#standby 10 timers 2 8?????

SW2(config-if)#int vlan 20????????????????? ?????

SW2(config-if)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0

SW2(config-if)#no sh

SW2(config-if)#stan 20 ip 192.168.20.254

SW2(config-if)#stan 20 pre

SW2(config-if)#int vlan 30

SW2(config-if)#ip add 192.168.30.1 255.255.255.0?

SW2(config-if)#no sh

SW2(config-if)#stan 30 ip 192.168.30.254

SW2(config-if)#stan 30 pri 150?

SW2(config-if)#stan 30 pre

SW2(config-if)#stan 30 tr f0/0 100??

SW2(config-if)#int vlan 40

SW2(config-if)#ip add 192.168.40.1 255.255.255.0

SW2(config-if)#no sh

SW2(config-if)#stan 40 ip 192.168.40.254

SW2(config-if)#stan 30 pri 150?

SW2(config-if)#stan 40 pre

SW2(config-if)#stan 40 tr f0/0 100?

SW1(config-if-range)#int f0/0?????????????

SW1(config-if)#no sw????????????????????

SW1(config-if)#ip add 192.168.0.2 255.255.255.0??

SW2(config-if)#exit

SW2(config)#ip dhcp pool vlan10???????????

SW2(dhcp-config)#netw 192.168.10.0 255.255.255.0??

SW2(dhcp-config)#defa 192.168.10.254?????????????

SW2(dhcp-config)#dns 8.8.8.8????????????????????

SW2(config-if)#exit

SW2(config)#ip dhcp pool vlan20

SW2(dhcp-config)#netw 192.168.20.0 255.255.255.0

SW2(dhcp-config)#defa 192.168.20.254

SW2(dhcp-config)#dns 8.8.8.8

SW2(config-if)#exit

SW2(config)#ip dhcp pool vlan30

SW2(dhcp-config)#netw 192.168.30.0 255.255.255.0

SW2(dhcp-config)#defa 192.168.30.254

SW2(dhcp-config)#dns 8.8.8.8

SW2(config-if)#exit

SW2(config)#ip dhcp pool vlan40

SW2(dhcp-config)#netw 192.168.40.0 255.255.255.0

SW2(dhcp-config)#defa 192.168.40.254

SW2(dhcp-config)#dns 8.8.8.8

SW2(config)#spanning-tree vlan 10 root secondary

SW2(config)#spanning-tree vlan 20 root secondary

SW2(config)#spanning-tree vlan 30 root primary

SW2(config)#spanning-tree vlan 40 root primary

SW2(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.0.1

SW3#en

SW3#vlan da

SW3(vlan)#vtp do ww

SW3(vlan)#vtp client

SW3(vlan)#exit

SW3#conf t

SW3(config)#int r f0/0 -1

SW3(config-if-range)#sw mo tr

SW3(config-if-range)#no sh

SW3(config-if-range)#int f0/5

SW3(config-if)#sw ac vlan 10

SW3(config-if)#no sh

（SW3至SW6交換機(jī)均使用SW3命令即可完成配置，唯一不同是f0/5加入的VLAN號更改一下）

R2#conf t

R2(config)#int f0/0

R2(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0? ? ?\\接口配置IP地址

R2(config-if)#ip nat inside? ? ? ? ? ? ?\\配置為內(nèi)部NAT接口

R2(config-if)#no sh

R2(config-if)#int f1/0

R2(config-if)#ip add 192.168.0.1 255.255.255.0

R2(config-if)#ip nat inside

R2(config-if)#no sh

R2(config-if)#int f2/0

R2(config-if)#ip add 169.239.123.241 255.255.255.248

R2(config-if)#ip nat outside? ? ? ? ? ? ?\\配置為外部NAT?接口

R2(config-if)#no sh

R2(config-if)#exit

R2(config)#ip access-list ex test? ? ? ? \\創(chuàng)建命名ACL

R2(config-ext-nacl)#per ip 192.168.10.0 0.0.0.255 any? ? ? ? ? \\允許192.168.10.0網(wǎng)段訪問所有地址（此處可用子網(wǎng)劃分簡化以下命令）

R2(config-ext-nacl)#per ip 192.168.20.0 0.0.0.255 any

R2(config-ext-nacl)#per ip 192.168.30.0 0.0.0.255 any

R2(config-ext-nacl)#per ip 192.168.40.0 0.0.0.255 any

R2(config-ext-nacl)#exit

R2(config)#ip nat inside source list test int f2/0 ov? ? ? ? ? ? ? \\將名為test的ACL轉(zhuǎn)為f2/0接口上的地址

R2(config)#ip? route 0.0.0.0 0.0.0.0 169.239.123.242??????? \\配置默認(rèn)路由

R2(config)#ip route 192.168.10.0 255.255.255.0 192.168.1.2 1?? \\靜態(tài)路由加浮動路由

R2(config)#ip route 192.168.20.0 255.255.255.0 192.168.1.2 1

R2(config)#ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 192.168.1.2 2

R2(config)#ip route 192.168.40.0 255.255.255.0 192.168.1.2 2

R2(config)#ip route 192.168.10.0 255.255.255.0 192.168.0.2 2

R2(config)#ip route 192.168.20.0 255.255.255.0 192.168.0.2 2

R2(config)#ip route 192.168.30.0 255.255.255.0 192.168.0.2 1

R2(config)#ip route 192.168.40.0 255.255.255.0 192.168.0.2 1

（此處靜態(tài)路由有多鐘方式可根據(jù)自己喜好自行更改，以下內(nèi)容為經(jīng)過子網(wǎng)劃分的路由：

ip route 192.168.0.0 255.255.192.0 192.168.1.2 1

ip route 192.168.0.0 255.255.192.0 192.168.0.2 2）

R1#conf t

R1(config)#int f0/0

R1(config-if)#ip add 169.239.123.242 255.255.255.248

R1(config-if)#no sh

R1(config-if)#exit

R1(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 169.239.123.241

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

客戶機(jī)自動獲取IP地址；

按照指定路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，vlan40使用SW2進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，vlan10使用SW1進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；

使用不同客戶機(jī)ping? R1

查看HSRP備份狀態(tài)；

SW1查看HSRP備份狀態(tài)

SW2查看HSRP備份狀態(tài)

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/daijiehao/2171450

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的HSRP双机热备工作原理与配置的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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