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HSRP技术在校园网的应用

作者 佚名技术 来源 网络技术 浏览 发布时间 2012-07-01
 

随着Internet的日益普及,人们对网络的依赖性也越来越强。这同时对网络的稳定性提出了更高的要求,人们自然想到了基于设备的备份结构,就像在服务器中为提高数据的安全性而采用双硬盘结构一样。路由器是整个网络的核心和心脏,如果路由器发生致命性的故障,将导致本地网络的瘫痪,如果是骨干路由器,影响的范围将更大,所造成的损失也是难以估计的。因此,对路由器采用热备份是提高网络健壮性(robust)的必然选择。在一个路由器完全不能工作的情况下,它的全部功能便被系统中的另一个备份路由器完全接管,直至出现问题的路由器恢复正常,这就是Cisco公司的热等待路由协议(Hot Standby Router Protocal,HSRP)要解决的问题。

一、 HSRP协议概述

---- 实现HSRP的条件是系统中有多台路由器,它们组成一个“热等待组”,这个组形成一个虚拟路由器。在任一时刻,一个组内只有一个路由器是活动的,并由它来转发数据包,如果活动路由器发生了故障,将选择一个等待路由器来替代活动路由器,但是在本网络内的主机看来,虚拟路由器没有改变。所以主机仍然保持连接,没有受到故障的影响,这样就较好地解决了路由器切换的问题。

---- 为了减少网络的数据流量,在设置完活动路由器和等待路由器之后,只有活动路由器和等待路由器定时发送HSRP报文。如果活动路由器失效,等待路由器将接管成为活动路由器。如果等待路由器失效或者变成了活动路由器,将由另外的路由器被选为等待路由器。

---- 在实际的一个特定的局域网中,可能有多个热等待组并存或重叠。每个热等待组模仿一个虚拟路由器工作,它有一个Well-known-MAC地址和一个IP地址。该IP地址、组内路由器的接口地址、主机在同一个子网内,但是不能一样。当在一个局域网上有多个热等待组存在时,把主机分布到不同的热等待组,可以使负载得到分担。

二、HSRP协议数据包格式

---- 在热等待组内,路由器定时以不同类型的数据报文广播状态信息。该协议运行在UDP之上,端口号为1985,目的地址为多播地址224.0.0.2,TTL标记为1。数据包的源地址为发送方路由器的实际IP地址,而不是虚拟地址,这样可以用来标记不同的路由器。UDP的格式如图1所示。

 



三、 HSRP中路由器的状态及状态转换



---- 在热等待组中,每个路由器运行着一个简单的状态机,通过当前的状态和事件的触发,而转换成不同的状态。其中包括以下状态。

---- 1.初始状态 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.学习状态 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.监听状态 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.说话状态 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。

---- 5.等待状态 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.活动状态 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。

---- 另外,每一个路由器都有3个计时器,即活动计时器、等待计时器和呼叫计时器。

---- 状态的变化都是由事件引起的,不同的事件作用于不同的状态在就会产生不同的动作,如启动计时器、发报文等。

四、HSRP在校园网中实现

---- 华东师范大学校园网规模比较大,上网的主机相对比较多,共分配有16个C类地址。为了保证数据安全和广播风暴,提高网络性能,将校园网划分成60个子网。在网络中心采用Cisco系统公司的Catalyst 5509作为中心交换机,并且带有RSM作为VLAN间的路由器,另外使用一个Cisco 7000系列的路由器和RSM。它们都支持VLAN以及VLAN上的HSRP。如图2所示。

 



在每一个虚拟局域网内都有一个HSRP组,从逻辑上讲,Cisco 7010和Cisco 5509的RSM在每个虚拟局域网上都有局域网接口,并且都配置有IP地址,同时配置一个虚拟地址,该地址作为在该虚拟局域网内所有主机的网关。下面以VLAN 9为例,RSM中VLAN 9的配置如下:

---- interface Vlan9

---- description surportcenter

---- ip address 202.120.95.66 255.255.255.224

该路由器在该VLAN9上的接口的IP地址以及掩码

no ip redirects

no ip directed-broadcast

no ip route-cache cef

standby 9 timers 3 250

定义热等待组号为9,每3秒交换一次hello信息,250没有收到hello信息就开切换

standby?150?priority?110

定义路由器的权值,值越大,成为活动路由器的希望越大

standby 9 preempt

Enable该组的HSRP抢占功能,谁的权值大就可以立即成为活动路由器

standby 9 ip 202.120.95.65

该组的虚拟IP地址,作为该VLAN中主机的网关地址

Cisco 7010路由器中接口的配置如下:

interface FastEthernet0/0.9

description surportcenter

ip address 202.120.95.67 255.255.255.224

cisco7010在VLAN9上的接口的IP地址以及掩码,该地址和RSM中的地址必须属于同一个子网,并且不同

no ip redirects

encapsulation is l 9

所使用的虚拟局域网协议

standby 9 timers 3 250

和在RSM中的含义一样,并且必须相同

standby 9 priority 100

比在RSM中的值小,所以RSM在该VLAN中为活动的

standby 9 preempt

和在RSM中含义一样

standby 9 ip 202.120.95.65

该组的虚拟IP地址,必须和RSM中一样

---- 为了达到负载均衡的目的,应该使Cisco 5509 RSM和Cisco 7010承担大致相同的负载,我们的方法是,在RSM中,VLAN 1到VLAN 30的权值为110,VLAN 31到VLAN 60的权值为100; 相反,在Cisco 7010中,VLAN 1到VLAN 30的权值为100,VLAN 31到VLAN 60的权值为100。这样,在正常情况下,Cisco 5509的RSM负责VLAN 1到VLAN 30的路由,Cisco 7010负责VLAN 31到VLAN 60的路由。如果有一方出现了故障,将由另一个来负载全部的路由工作。

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