在思科模擬器Packet Tracer中實現HSRP熱備份路由實驗

劉侃

摘要：基于對計思科HSRP熱備份路由協議的研究，探討如何利用HSRP的高可靠性特點，組建具有低故障率和高穩定性和企業局域網。通過分析HSRP網絡結構、工作過程和網絡設備的配置等方面內容，闡述了熱備份路由器的工作原理、優勢及配置過程，對于企業、學校等單位中心機房核心層的建設具有一定的參考價值。

關鍵詞：HSRP;熱備份;三層交換機;路由器;Packet Tracer

中圖分類號：TP3 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）13-0048-02

當下信息技術已滲透到企業辦公、生產、管理各個環節，各種信息系統得到廣泛的應用，這對網絡的穩定性提出了更高的要求，所以承載這些信息系統的局域網絡必須擁有低故障率和高穩定性，要實現這樣的目標，必須合理地規劃網絡拓撲。對核心層設備采用熱備份可以大幅度提高網絡可靠性，思科的HSRP協議正是這樣一種3層冗余協議，它能實現在一個路由器失效的情況下，其全部任務可以被另一個備份路由器完全接管，使得網絡通迅不會因為某個路由器的失效而中斷，Packet Tracer模擬器可實現此實驗。

1 HSRP相關概念

HSPR（熱備份路由協議）是思科私有協議，又稱為第一跳冗余協議，能防止路由器單點失效而導致的網絡故障。HSRP協議要求至少有兩臺以上的路由器，這些路由器組成一個HSRP組，我們稱之為“熱備份組”，每個組生成一個虛擬路由器。在任何時候，每個組內只有一活動（Active）路由器，數據包只能由活動路由器轉發，如果該設備發生了故障，備份路由器將取而代之成為新的活動路由器，切換速度迅捷，所以網絡內主機仍然保持連接，沒有受到故障過多的影響。要完成HSRP熱備份路由配置，需了解一些基本概念。

1）虛擬路由器

HSRP的虛擬路由器包含一個虛擬IP地址，以及虛擬的MAC地址。虛擬IP地址是由HSRP的配置內容決定的，虛擬MAC地址則以HSRP配置中的group號，以及cisco自己特有的廠商號為基礎，由HSRP協議運算自動生成，其格是固定的。

HSRP虛擬MAC地址格式： ? ?0000.0c ? ? ? ?07.ac ? ? xx.xx

cisco固有廠商號 ?HSRP號 ? HSRP的組號（16進制表示）

在這個地址中，最初的3個字節“0000.0c”是cisco公司的特有的廠商號，全球唯一;接下來的“07.ac”表示的是HSRP代碼（也是固定不變的）;后面剩下8bit的組號則是HSRP配置文件里的HSRP組號的16進制的表現。

2）HSRP組

HSRP組號是用來唯一標識多個路由器所屬的組的一個數值，一個HSRP組里面往往包含了多個組件，如表1所示。

2 HSRP中各個組件的選舉過程

HSRP中選舉各個組件的基本要素由同一個HSRP組中在各個路由器上設置的優先級（priority）值（0-255）來決定。CISCO默認的HSRP的priority值是100，在同一個HSRP組中具有最高priority值的路由器被選為active路由器，第二高的priority值擁有者則成為standby路由器，如果同一個HSRP組中還有其他路由器，則其他路由器成為候選standby路由器（不擔任任何角色，處在listening狀態）。

HSRP組中的路由器每隔3秒（可配置）以UDP的方式發送hello報文給組播地址224.0.0.2（表示組內的所有路由器）的1985號端口，以表示自己的身份屬于該HSRP組中。另外需要注意，hello報文的ttl值是1，用以防止hello報文經過路由器被轉發。

按照hello報文里的priority值確定一個HSRP組中的active路由器之后，該路由器開始轉發那些目的mac地址是自己所屬的HSRP的虛擬mac地址的數據報文，standby路由器則保持standby和定期發送hello報文的狀態。

3 HSRP配置實例

下面介紹思科模擬器Packet Tracer 6.2中實現基于三層交換機（三層交換機相對路由器應用更廣泛）的HSRP熱備份實驗實例，實驗拓撲結構如下圖1所示，其中PC3表示外網，PC1和PC2代表內部主機，SW1和SW2為三層交換機，SW和SW3為二層交換機。

1）SW1的配置

sw1（config）#interface vlan 100

sw1（config-if）#ip address 10.14.100.100 255.255.255.0 ?//配置VLAN100的ip

sw1（config-if）#standby 100 ip 10.14.100.254 ?//配置HSRP組的虛擬ip

sw1（config-if）#standby 100 priority 200 ?//配置HSRP組的優先級

sw1（config-if）#standby 100 preempt ?//SW1修復故障修重新在線時，此指令可讓SW1搶回Active權力

sw1（config）#interface vlan 200

sw1（config-if）#ip address 10.14.200.100 255.255.255.0

sw1（config-if）#standby 200 ip 10.14.200.254

sw1（config-if）#standby priority 150

sw1（config-if）#standby preempt

sw1（config）#interface fastEthernet 0/1

sw1（config-if）#switchport trunk encapsulation dot1q ?//確定trunk封裝協議

sw1（config-if）#switchport mode trunk ?//切換trunk模式

sw1（config）#interface fastEthernet 0/2

sw1（config-if）#no switchport ?//使端口變為三層端口（默認為二層端口）

sw1（config-if）#ip address 210.1.1.10 255.255.255.0

sw1（config-if）#standby 210 ip 210.1.1.200 ?//創建第2個HSRP組連接外網

sw1（config）#ip routing ?//打開三層交換機sw1路由功能

2）sw2的配置

sw2（config-if）#ip address 10.14.100.200 255.255.255.0 ?//vlan100配置ip地址

sw2（config-if）#standby 100 ip 10.14.100.254 ?//配置HSRP組的虛擬IP

sw2（config-if）#standby 100 priority 150 ?//注意SW2中HSRP組優先級的變化

sw2（config-if）#standby 100 preempt

sw2（config-if）#ip address 10.14.200.200 255.255.255.0 ?//vlan100配置ip地址

sw2（config-if）#standby 200 ip 10.14.200.254

sw2（config-if）#standby 200 priority 200

sw2（config-if）#standby 200 preempt

sw2（config）#interface fastEthernet 0/1

sw2（config-if）#switchport trunk encapsulation dot1q

sw2（config-if）#switchport mode trunk

sw2（config）#interface fastEthernet 0/2

sw2（config-if）#no switchport

sw2（config-if）#ip address 210.1.1.20 255.255.255.0 ?//注意與sw1的配置區分

sw2（config-if）#standby 210 ip 210.1.1.200

sw2（config）#ip routing ?//打開三層交換機sw2路由功能

3）sw3的配置

Sw3（config）# interface fastEthernet 0/3

Sw3（config-if）#switchport access vlan 100

Sw3（config）# interface fastEthernet 0/4

Sw3（config-if）#switchport access vlan 200

sw3（config）#interface range fastEthernet 0/3-4 ?//指定端口

sw3（config-if-range）#switchport mode trunk ?//切換trunk模式

4）配置驗證

完成HSRP配置后（SW無須配置），PC1和PC2都可以拼通PC3，表示網絡內部主機都可連通外網。現把SW1斷電，模擬HSRP組的一臺路由設備出現故障，PC1和PC2還是可以連通PC3，表明SW2已全部接管SW1功能。SW1斷電后，HSRP信息發生明顯變化，下圖2所示SW1斷電前后SW2設備HSRP信息對比情況。

通過查看HSRP信息可知，SW2設備在SW1斷電后，已從210組和100組的備用（standby）狀態切換為活動狀態，實驗驗證成功。

4 HSRP存在的問題

HSRP技術應用在OSI參考模型的第三層，也就是在二層或者二層交換機上不存在HSRP技術的應用，其在實際應用中，還存在著一些不足需要重點注意：

1）HSRP協議最大的不足是沒有安全防護功能，在HSRP協議環境中，局域網中的路由器極容易被虛假的UDP多播數據實施攻擊，這種攻擊會形成拒絕服務攻擊（Denial-of-Service Attack）并產生數據包黑洞（Packet Black Hole）。

2）HSRP協議雖然實現了路由器的平滑切換，這種切換基本上不會讓用戶感覺到，對網絡的穩定性有很大幫助。但是，HSRP組內的路由器不能互通其他網絡配置信息，例如訪問控制列表等。所以在實施管理時，為了保證一致性，必須對它們進行同樣的配置，這無疑增加了管理的復雜性，這也許是為了提升網絡穩定性避免不了的一些小代價吧。

參考文獻：

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[2] 馬婷. 基于HSRP多設備活動網關的實現[J]. 電腦迷， 2016（12）：20.

[3] 譚碩， 石金年. 熱備份路由協議（HSRP）在企業局域網中的應用[J]. 甘肅科技縱橫， 2015， 44（6）：40-42.

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