第8章 热备份路由选择协议(HSRP)

第8章热备份路由选择协议（HSRP）

⏹HSRP概述

HSRP(Hot Standby Routing Protocol，热备份路由选择协议)是Cisco私有的一种技术，它确保了当网络边缘设备或接入链路出现故障时，用户通信能迅速并透明的恢复，以此为IP网络提供冗余性。通过应用HSRP，可使网络的正常运行时间接近100%，从而满足用户对网络可靠性的要求

热备份路由协议为IP网络提供了容错和增强的路由选择功能。通过使用同一个虚拟IP地址和虚拟MAC地址，LAN网段上的两台或多台路由器可以作为一台虚拟路由器对外提供服务。HSRP使组内的Cisco路由器能互相监视对方的运行状态。

虚拟路由器组的成员通过HSRP消息不断的交换状态信息。

如果其中一台出现故障，另一台就能接替它，继续完成路由功能。

LAN网段上的主机都配置使用同一个细腻路由器作为默认网关，并不断将IP 包发往同一个IP和MAC地址。因此，路由设备的切换对主机都是透明的。HSRP 向主机提供了默认网关的冗余性，绝大多数主机以默认网关作为唯一的下一跳IP和MAC地址。另外，通过多个热备份组，路由器可以提供冗余备份，并在不同的IP子网上实现负载均衡。

⏹HSRP组成员

HSRP备份组由一台活跃路由器、一台备份路由器、一台虚拟路由器和其他路由器组成（在三层交换机配置HSRP时也使用HSRP定义的备份路由器等名称）。其中，各路由器的作用如下：

活跃路由器的功能是转发发送到虚拟路由器的数据包。组中的另一台路由器被选为备份路由器。活跃路由器通过发送Hello消息来承担和保持它活跃的角色。

备份路由器的功能是监视HSRP组的运行状态，并且当活跃路由器不能运行时，迅速承担起转发数据包的责任。备份路由器也传输Hello消息，告知组中所有路由器备份路由器的角色和状态变化。

虚拟路由器（即该LAN上的网关）的功能是向最终用户提供一台可以连续工作的路由器。虚拟路由器配有它自己的IP地址和MAC地址，但并不实际转发数据包。

HSRP备份组可以包含其他路由器。这些路由器监视Hello消息，但不做应答。

这些路由器转发任何经由它们的数据包，但并不转发经由虚拟路由器的数据包。

当活跃路由器失效时，其他HSRP路由器将不能接收到Hello消息，随后备份路由器就承担起活跃路由器的角色。

随着备份路由器成为活跃路由器，备份路由器的位置空缺，组中的所有其他路由器将竞争备份路由器的角色。默认情况（优先级相同）下，IP地址大的路由器将成为新的备份路由器。尽管一个HSRP组中可以有多台路由器，但只有活跃路由器才负责转发发送到虚拟路由器的数据包。

⏹HSRP原理

HSRP组内的每个路由器都有指定的优先级（Priority），用于衡量路由器在活跃路由器选择中的优先程度。默认的优先级是100，它是用户配置中的可选项，可以是0-255内的任何值。组中有最高优先级的路由器将成为活跃路由器。

活跃路由器替虚拟路由器对数据流进行到响应。如果末端主机发送了一个数

据包到虚拟路由器的MAC地址，那么，活跃路由器将接收并且处理这个数据包。如果末端主机对虚拟路由器的IP地址发送ARP解析请求，那么，活跃路由器将使用虚拟器的MAC地址进行应答。

选择活跃路由器和备份路由器时，如果优先级相同，IP地址大的路由器获胜。如果在HSRP组内，除了活跃和备份路由器之外还有其他路由器，它们就会监听活跃路由器和备份路由器的状态（即它们发出的HSRP Hello包），以实现更强的容错能力。

⏹虚拟MAC地址

地址解析协议ARP在IP地址和MAC地址之间建立了一种关联。每台三层交换机都维护着一个地址解析表。三层交换机在试图联系某个设备之前，先检查其ARP缓存，以确定这个地址是否已经被解析。虚拟路由器的IP地址和相应的MAC 地址维持在HSRP组中的每台三层交换的ARP表中。

虚拟路由器所用的MAC地址由三部分组成：

厂商编码——MAC地址的前三个字节。

HSRP编码（HSRP众所周知的虚拟MAC地址）——MAC地址的后两个字节，本MAC地址用于一台HSRP虚拟路由器，HSRP编码总是“07.ac”。

组号(HSRP组号)——MAC地址的最后一个字节是组的标示号。例如，组号47转换为十六进制为2f，它将构成MAC地址的最后一个字节。

⏹HSRP消息

HSRP中的所有路由器都发送或接受HSRP消息。这些消息用来决定和维护组内的路由器角色。HSRP消息封装在用户数据报协议（UDP）数据包中的数据部分，使用UDP端口号1985。

这些数据包所使用的目的地址是全部路由器多点广播地址224.0.0.2，生存时间TTL值为1。（发送给相邻的路由器，只能发送一次）

⏹HSRP的状态

HSRP配置的路由器有六种状态，并不是所有的HSRP路由器都经历所有状态。例如：不是备份路由器或者活跃路由器的路由器，就不会有备份状态和活跃状态。

1.初始状态

所有路由器都从初始状态开始。这是一种起始状态，同时表明HSRP还没有运行。配置发生变化或一个端口第一次启用时，就进入该状态。

2.学习状态

路由器等待来自活跃路由器的消息。这时，路由器还没有看到来自活跃路由器的Hello消息，也没有学习到虚拟路由器的IP地址。

3.监听状态

路由器知道了虚拟的IP地址，但它既不是活跃路由器，也不是备份路由器。这时，路由器监听来自活跃路由器和备份路由器的Hello消息。除活跃路由器和备份路由器之外的路由器都保持监听状态。

4.发言状态

路由器周期性的发送Hello消息，并参与活跃或备份路由器的竞选。路由器在获得虚拟路由器的IP地址之前，不能进入发言状态。

5.备份状态

路由器是成为下一个活跃路由器的候选设备，并且它也周期性的发送Hello 消息。在一个组中只有一台备份路由器。

6.活跃状态