HSRP 详解

简介

HSRP(Hot Standby Router Protocol 热备份路由器协议)是Cisco的专有协议。HSRP把多台路由器组成一个“热备份组”，形成一个虚拟路由器。这个组内只有一个路由器是Active(活动)的，并由它来转发数据包，如果活动路由器发生了故障，备份路由器将成为活动路由器。从网络内的主机来看，网关并没有改变。

HSRP的工作过程：

HSRP路由器利用Hello包来互相监听各自的存在。当路由器长时间没有接收到Hello包时，就认为活动路由器故障，备份路由器就会成为活动路由器。HSRP协议利用优先级决定哪个路由器成为活动路由器。如果一个路由器的优先级比其它路由器的优先级高，则该路由器成为活动路由器。路由器的默认优先级是100。

    在一个组中，最多有一个活动路由器和一个备份路由器。
    HSRP路由器发送的组播(224.0.0.2)消息有以下三种：

Hello：通知其它路由器发送者的HSRP优先级和状态信息，HSRP路由器默认每3秒发送一个Hello消息。

Coup：当一个备用路由器变为一个活动路由器时发送一个Coup消息。

Resign：当活动路由器要当机或者当有优先级更高的路由器发送Hello消息时，主动发送一个Resign消息。

HSRP的报文格式：

①版本：指示HSRP的版本信息。

②操作码：用来描述数据包中报文的类型，可能的值为0、1和2，分别表示是Hello、Coup和Resign消息。

③状态：描述发出该报文的路由器的当前状态。有0、1、2、4、8、16六种状态，分别表示为Initial、Learn、

  Listen、Speak、Standby和Active状态。

④呼叫时间(Hellotime)：只在呼叫报文中有意义，表示路由器定时发送呼叫报文的间隔时间，以秒为单位。如

  果该参数没有在路由器上配置，它可能要从活动路由器上学习获得。默认值为3秒。

⑤保持时间(Holdtime)：只在呼叫报文中有意义，被接收路由器用来判断该呼叫报文是否合法，单位为秒，其值

  至少是呼叫时间的3倍。如果该参数没有配置，也同样可以从活动路由器上学习。活动路由器不能从等待路由

  器学习呼叫时间和保持时间，它只能继续使用从先前的活动路由器学习来的该值。默认值为10秒。

⑥优先级：该参数用来选择活动和等待路由器，两个具有不同优先级的路由器，优先级高的将成为活动路由器。

  两个具有相同优先级的路由器，IP地址大的将成为活动路由器。默认优先级为100。

⑦组：用来标记路由器所在的热等待组。对令牌环类型的网络，合法的值是0、1和2，对于其它类型的网络，合

  法值是0-255。

⑧认证码：包括8个明文的字符作为密码，如果没有配置，默认值为cisco。

⑨虚拟IP地址：用来指定本热等待组的虚拟IP地址，它可以从活动路由器的呼叫报文中学习到。如果没有配置该

  地址，并且呼叫报文是需要认识的，那么只能通过活动路由器学习。

HSRP路由器的6中状态：

1.Initial：HSRP启动时的状态，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.Learn：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.Listen：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等待路由器。它一直监听从活动路由

  器和等待路由器发来的Hello报文。

4.Speak：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等待路由器的竞选。如果选出活

  动路由和等待路由，则变成监听状态(Listen)。而此时只有活动路由器和等待路由处于说话状态。

5.Standby：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.Active：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。

HSRP的2个定时器：

HSRP使用2个定时器：Hello间隔和Hold时间。默认Hello间隔是3秒，默认的Hold间隔是10秒。Hello间隔定义了两组路由器之间交换信息的频率。Hlod间隔定义了经过多长时间后，没有收到其它路由器的信息，则活动路由器或者备用路由器就会被宣告为失败。配置计时器并不是越小越好，虽然计时器越小则切换时间越短。计时器的配置需要和STP等的切换时间相一致。另外，Hold间隔最少应该是Hello间隔的3倍。

实验

在路由器和三层交换机上都可以配置HSRP，这里是在路由器R1和R3上配置。

命令：
R1(config-if)#standby 1 ip 192.168.13.254 //启用HSRP功能，创建standby组1，并设置虚拟网关IP地址
R1(config-if)#standby priority 120  //设置HSRP的优先级，该值大的会抢占成Active路由器，默认为100

R1(config-if)#standby 1 preempt        //设置允许在该路由器优先级是最高时抢占为活动路由器
R1(config-if)#standby 1 timers 3 10        //设置Hellotime为3秒，Holdtime为10秒，默认即为该值
R1(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco        //配置认证密码

R1(config-if)#standby 1 track s0/0 30        //配置端口跟踪

说明：

①相同组号的路由器属于同一个HSRP组，所有属于同一个HSRP组的路由器的虚拟IP地址必须一致。

②“standby 1 preempt”命令：

  1>如果不配置该命令，即使该路由器优先级再高，也不会成为Active路由；

  2>如果再配置“standby 1 preempt delay minimum 1000”命令，则会延时1000毫秒才进行抢占。

③Hellotime:路由器每间隔多长时间发送Hello信息；Holdtime:在多长时间内同组的其它路由器没有收到活动路

  由器的信息，则认为活动路由器发生故障；如果要更改默认值，所有同HSRP组的路由器该项设置必须一致。
④配置认证密码为了防止非法设备加入到HSRP组，并且同HSRP组的密码必须一致。

⑤端口跟踪：如果试验中没有配置s0/0的端口跟踪，当R1的s0/0接口出现问题，R1将没有到达R2的Loopback0接

  口所在网段的路由。然而R1和R3之间的以太网仍然没有问题，HSRP的Hello包正常发送和接收。因此R1仍然是

  虚拟网关192.168.13.254的活动路由器，Server的数据仍会发送给R1，这样会造成Server无法ping通R2的

  Loopback接口。当配置路由跟踪后，端口跟踪使得R1发现s0/0上的链路出现问题后，把自己的优先级(我们设

  置的为120)减去一个数字(我们设置的为30)，成为了90。由于R3的优先级为默认值100，这样R3就成为了活动

  路由器，Server的数据包将发往R3。降低的值应该选取合适的值，使得其他路由器能成为活动路由器。

⑥可以使用“standby 1 mac-address”命令修改虚拟MAC地址，系统默认的MAC地址为“0000.0c07.acXX”，

  “XX”为HSRP的组号。

⑦可以使用“standby 1 name”命令设置HSRP组1的名字，如果没有设置，系统将自动生成。

⑧由于HSRP的两个版本version1和version2不兼容，可以使用“standby version”命令设置HSRP的版本。

配置IP地址及路由：

R1(config)#int f1/0

R1(config-if)#ip add 192.168.13.1 255.255.255.0

R1(config-if)#no sh

R1(config)#int s0/0

R1(config-if)#ip add 192.168.12.1 255.255.255.0

R1(config-if)#no sh

R1(config)#router rip
R1(config-router)#network 192.168.12.0
R1(config-router)#network 192.168.13.0
R1(config-router)#passive-interface f1/0        //防止从该接口发送RIP信息给R3

R2(config)#int lo0
R2(config-if)#ip add 192.168.2.2 255.255.255.0
R2(config)#int s0/0
R2(config-if)#ip add 192.168.12.2 255.255.255.0
R2(config-if)#clock rate 128000
R2(config-if)#no sh
R2(config)#int s0/1
R2(config-if)#ip add 192.168.23.2 255.255.255.0
R2(config-if)#clock rate 128000
R2(config-if)#no sh
R2(config)#router rip

R2(config-router)#network 192.168.2.0
R2(config-router)#network 192.168.12.0
R2(config-router)#network 192.168.23.0
R3(config)#int f1/0
R3(config-if)#ip add 192.168.13.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no sh
R3(config)#int s0/1
R3(config-if)#ip add 192.168.23.3 255.255.255.0
R3(config-if)#no sh
R3(config)#router rip
R3(config-router)#network 192.168.23.0
R3(config-router)#network 192.168.13.0
R3(config-router)#passive-interface f1/0

配置HSRP：

R1(config)#int f1/0
R1(config-if)#standby 1 ip 192.168.13.254
R1(config-if)#standby priority 120

R1(config-if)#standby 1 preempt
R1(config-if)#standby 1 timers 3 10
R1(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco

R1(config-if)#standby 1 track s0/0 30

R3(config)#int f1/0
R3(config-if)#standby 1 ip 192.168.13.254
R3(config-if)#standby 1 preempt
R3(config-if)#standby 1 timers 3 10
R3(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco

R1(config-if)#standby 1 track s0/0 30

实验调试

R1#show standby brief   //查看HSRP简要信息

 

R1#show standby        //查看HSRP详细信息

 Server：ping 192.168.2.2 -t

R1(config)#int f1/0

R1(config)#sh

 在Server上连续ping路由器R2的Loopback接口的IP地址(192.168.2.2)，在R1上关闭F1/0接口，可以发现：当R1故障时，R3很快就替代了R1，计算机的通信几乎没有受到什么影响。

说明：如果重新打开R1的F1/0接口，由于再R1上配置了抢占(Preempt)，因此R1又会成为活动路由器。

R3#debug standby        //以下是当R1的F1/0接口关闭后，R3成为活动路由器过程中的debug信息

 配置多个HSRP组

之前的步骤已经虚拟了192.168.13.254网关，对于这个网关只能有一个活动路由器，于是这个路由器将承担全部的数据流量。我们可以再创建一个HSRP组，虚拟出另一个网关192.168.13.253，这时R3是活动路由器，让一部分计算机指向这个网关，这样就能做到负载平衡。

R1(config)#int f1/0

R1(config-if)#standby 1 ip 192.168.13.254

R1(config-if)#standby 1 priority 120

R1(config-if)#standby 1 preempt

R1(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco

R1(config-if)#standby 1 track s0/0 30

R1(config-if)#standby 2 ip 192.168.13.253

R1(config-if)#standby 2 preempt

R1(config-if)#standby 2 authentication md5 key-string cisco

R3(config)#int f1/0

R3(config-if)#standby 1 ip 192.168.13.254

R3(config-if)#standby 1 preempt

R3(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco

R3(config-if)#standby 2 ip 192.168.13.253

R3(config-if)#standby 2 priority 120

R3(config-if)#standby 2 preempt

R3(config-if)#standby 2 authentication md5 key-string cisco

R3(config-if)#standby 2 track s0/1 30

说明：我们这里创建了两个HSRP组，组1的IP为192.168.13.254，活动路由器为R1，一部分计算机的网关指向

  192.168.13.254。组2的IP为192.168.13.253，活动路由器为R2，其余计算机的网关指向192.168.13.253。这

  样，当网络全部正常时，一部分数据是由R1转发的，其余数据是由R2转发的，实现了负载平衡。当一个路由器

  出现问题时，则另一个路由器就成为两个HSRP组的活动路由器，承担全部的数据转发。通过这种方式实现负载

  平衡，要求不同的计算机在设置网关时有所不同，如果计算机的IP是DHCP分配的，那这种方法就不太方便了。

注意：HSRP实际上在局域网用的较多，由于局域网内大多使用三层交换机，所以这时HSRP是在交换机上配置的。

  另外，HSRP有Version1和Version2，两者不兼容，因此所有路由器或者交换机要使用相同的HSRP版本，可以使

  用“standby version”命令设置版本。