实例解读：深刻理解HSRP协议

HSRP(Hot Standby Router Protocol)热备份路由器协议，即多台路由器组成一个“热备份组”，模拟成一个虚拟的路由器，虚拟路由器拥有虚拟的IP 地址和虚拟的MAC地址。在一个热备份组中，只有一台路由器作为活动路由器转发数据包，只有当活动路由器失效后，才会选择一台备份路由器作为活动路由器，但对于网络中的主机来说，虚拟路由器并没有发生任何改变，不会导致主机通信中断现象。

下面通过一则实例，通过介绍其配置和运行过程，将能更好的理解HSRP协议的作用。

一、网络拓扑结构介绍

网络拓扑图如图1所示。两台核心交换机型号为为Cisco Catalyst 4507R，每台4507R上使用两块引擎，Cisco Catalyst 4507R上两块引擎如图2所示。4507A上两块引擎的名称分别为4507A-R1、4507A-R2，4507B上的分别为4507B-R1、4507B-R2。4507A和4507B通过Trunk口连接，4507A和3750A，4507B和3750B之间也是通过Trunk口连接。四台交换机中都运行VTP协议，其中4507A中VTP运行模式是server模式，其它三台交换机中VTP运行的模式是client模式，并且在4507A中创建了VLAN 100和VLAN 200。

图1 网络结构图

图2 4507R交换机上的两块引擎

两台3750交换机上共接入了八台PC，VLAN 100和VLAN 200中各分配四台。八台电脑自动获取IP地址、默认网关、DNS服务器地址，这些地址都是通过DHCP服务器自动分配的。DHCP服务器的IP地址配置为10.10.1.1/24。网络的搭建也充分考虑了核心交换机的冗余性，若4507B故障，则3750B上的数据可先到达3750A，最后再到达核心交换机4507A。同理，若4507A故障，也不影响3750A上的数据到达核心交换机4507B。

二、DHCP服务器的配置

DHCP服务器的配置如图3和图4所示。需要说明的是，VLAN 100的默认网关要指向10.10.100.254，而不是10.10.100.253或10.10.100.252。同理，VLAN 200的默认网关也要指向10.10.200.254。

图3 VLAN 100的DHCP配置

图4 VLAN 200的DHCP配置

三、HSRP配置的详细说明

4507A引擎1上的HSRP配置如下所示：

4507A-R1  
interface Vlan100  
 ip address 10.10.100.253  255.255.255.0  
 ip helper-address 10.10.1.1         
 standby 100 priority 150 preempt  
 standby 100 ip 10.10.100.254  
!  
interface Vlan200  
 ip address 10.10.200.253  255.255.255.0  
ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 200 priority 150 preempt  
 standby 200 ip 10.10.200.254 

其中命令“ip address 10.10.100.253 255.255.255.0”是给指定的VLAN配置IP地址。

命令“ ip helper-address 10.10.1.1”是确保两台3750交换机上的所有主机获取IP地址、默认网关和DNS服务器地址时，是从10.10.1.1的DHCP服务器上自动获取到的。

命令“standby 100 priority 150 preempt”中的“priority”是配置HSRP的优先级，100为组序号，它的取值范围为0～255，150为优先级的值，取值范围为0～255，数值越大优先级越高。

优先级将决定一台路由器在HSRP备份组中的状态，优先级最高的路由器将成为活动路由器，其它优先级低的路由器将成为备用路由器。当活动路由器失效后，备用路由器将替代它成为活动路由器。当活动和备用路由器都失效后，其它路由器将参与活动和备用路由器的选举工作。优先级都相同时，接口IP地址高的将成为活动路由器。

“preempt”是配置HSRP为抢占模式。如果需要高优先级的路由器能主动抢占成为活动路由器，则要配置此命令。配置preempt后，能够保证优先级高的路由器失效恢复后总能成为活动路由器。活动路由器失效后，优先级最高的备用路由器将处于活动状态，如果没有使用preempt技术，则当活动路由器恢复后，它只能处于备用状态，先前的备用路由器代替其角色处于活动状态。

命令“standby 100 ip 10.10.100.254”作用是启动HSRP，如果虚拟IP地址不指定，路由器就不会参与备份。虚拟IP应该是接口所在的网段内的地址，不能为接口上的IP地址。

4507A引擎2上HSRP的配置如下：

4507A-R2  
interface Vlan100  
 ip address 10.10.100.252  255.255.255.0  
 ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 100 priority 140 preempt  
 standby 100 ip 10.10.100.254  
!  
interface Vlan200  
 ip address 10.10.200.252  255.255.255.0  
ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 200 priority 140 preempt  
 standby 200 ip 10.10.200.254 

由以上命令可知，当4507A引擎1和引擎2都在网络中运行时，引擎1是主状态，引擎2处于备用状态，因为引擎1的优先级150大于引擎2的优先级140。当然若引擎1故障，引擎2就马上替代引擎1，并且不会引起网络的中断。

4507B引擎1和引擎2上HSRP的配置如下所示：

4507B-R1  
interface Vlan100  
 ip address 10.10.100.251  255.255.255.0  
 ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 100 priority 130 preempt  
 standby 100 ip 10.10.100.254  
!  
interface Vlan200  
 ip address 10.10.200.251  255.255.255.0  
ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 200 priority 130 preempt  
 standby 200 ip 10.10.200.254 

4507B-R1  
interface Vlan100  
 ip address 10.10.100.251  255.255.255.0  
 ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 100 priority 130 preempt  
 standby 100 ip 10.10.100.254  
!  
interface Vlan200  
 ip address 10.10.200.251  255.255.255.0  
ip helper-address 10.10.1.1  
 standby 200 priority 130 preempt  
 standby 200 ip 10.10.200.254 

从以上配置可以看到，若两个4507上的4块引擎都处于运行状态，则4507A上的引擎1处于活跃状态，因为引擎1的优先级在四块引擎中最高，其它三块引擎处于备用状态。若4507A的引擎1故障，则其它优先级高的引擎会马上由备用状态转换为活跃状态，从而保证了网络不会中断。

两台核心交换机4507A和4507B使用四块引擎，也极大提高了网络中核心交换机的稳定性和冗余能力。同一台4507上的某一块引擎故障，这台4507上的另一块引擎会马上被激活，并代替故障的引擎。若同一台的两块引擎板都故障，也不会影响核心交换机的路由功能，因为另一台4507上的引擎会马上被激活，担负起路由的任务。

四、总结

HSRP技术应用在OSI参考模型的第三层，也就是在二层或者二层交换机上不存在HSRP技术的应用。

1、HSRP技术保证了网络中路由器运行的高度可靠性。在HSRP路由体系中共包括三种路由器：一是活动路由器，负责转发，发送到虚拟路由器的数据。它通过基于UDP端口号为1985的广播，发送HELLO消息，来通告它的活跃状态；二是备用路由器，监视HSRP组中的运行状态，并且在当前活跃路由器不可用时，迅速承担起负责数据转发的任务。备用路由器也发送HELLO消息来通告组中其它路由器，它备份路由器的角色。三是虚拟路由器，对最终的用户来说，它代表一台能持续工作的路由器设备。它有自己的MAC和IP地址。但实际上它是不转发数据包的，它的作用仅仅是代表一台可用的路由设备。

通过在配置了HSRP协议的路由器之间广播HSRP优先级，HSRP协议选出当前的活跃路由器。当在预先设定的一段时间内活跃路由器不能发送hello消息时，优先级最高的备用路由器变为活跃路由器。为了减少网络的数据流量，在设置完活跃路由器和备用路由器之后，只有活跃路由器和备用路由器定时发送HSRP报文。

2、在使用HSRP技术时，一些查看和调试的命令也很重要，如： “show standby brief”命令是显示路由器上一些HSRP简要的信息。另外还有很多调试命令，如“debug standby events detail”命令是显示HSRP事件；命令“debug standby error”是显示HSRP错误。