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标题 在思科模拟器Packet Tracer中实现HSRP热备份路由实验
范文

    刘侃

    

    

    

    摘要:基于对计思科HSRP热备份路由协议的研究,探讨如何利用HSRP的高可靠性特点,组建具有低故障率和高稳定性和企业局域网。通过分析HSRP网络结构、工作过程和网络设备的配置等方面内容,阐述了热备份路由器的工作原理、优势及配置过程,对于企业、学校等单位中心机房核心层的建设具有一定的参考价值。

    关键词:HSRP;热备份;三层交换机;路由器;Packet Tracer

    中图分类号:TP3 ? ? ? ?文献标识码:A

    文章编号:1009-3044(2019)13-0048-02

    当下信息技术已渗透到企业办公、生产、管理各个环节,各种信息系统得到广泛的应用,这对网络的稳定性提出了更高的要求,所以承载这些信息系统的局域网络必须拥有低故障率和高稳定性,要实现这样的目标,必须合理地规划网络拓扑。对核心层设备采用热备份可以大幅度提高网络可靠性,思科的HSRP协议正是这样一种3层冗余协议,它能实现在一个路由器失效的情况下,其全部任务可以被另一个备份路由器完全接管,使得网络通迅不会因为某个路由器的失效而中断,Packet Tracer模拟器可实现此实验。

    1 HSRP相关概念

    HSPR(热备份路由协议)是思科私有协议,又称为第一跳冗余协议,能防止路由器单点失效而导致的网络故障。HSRP协议要求至少有两台以上的路由器,这些路由器组成一个HSRP组,我们称之为“热备份组”,每个组生成一个虚拟路由器。在任何时候,每个组内只有一活动(Active)路由器,数据包只能由活动路由器转发,如果该设备发生了故障,备份路由器将取而代之成为新的活动路由器,切换速度迅捷,所以网络内主机仍然保持连接,没有受到故障过多的影响。要完成HSRP热备份路由配置,需了解一些基本概念。

    1)虚拟路由器

    HSRP的虚拟路由器包含一个虚拟IP地址,以及虛拟的MAC地址。虚拟IP地址是由HSRP的配置内容决定的,虚拟MAC地址则以HSRP配置中的group号,以及cisco自己特有的厂商号为基础,由HSRP协议运算自动生成,其格是固定的。

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

    cisco固有厂商号 ?HSRP号 ? HSRP的组号(16进制表示)

    在这个地址中,最初的3个字节“0000.0c”是cisco公司的特有的厂商号,全球唯一;接下来的“07.ac”表示的是HSRP代码(也是固定不变的);后面剩下8bit的组号则是HSRP配置文件里的HSRP组号的16进制的表现。

    2)HSRP组

    HSRP组号是用来唯一标识多个路由器所属的组的一个数值,一个HSRP组里面往往包含了多个组件,如表1所示。

    2 HSRP中各个组件的选举过程

    HSRP中选举各个组件的基本要素由同一个HSRP组中在各个路由器上设置的优先级(priority)值(0-255)来决定。CISCO默认的HSRP的priority值是100,在同一个HSRP组中具有最高priority值的路由器被选为active路由器,第二高的priority值拥有者则成为standby路由器,如果同一个HSRP组中还有其他路由器,则其他路由器成为候选standby路由器(不担任任何角色,处在listening状态)。

    HSRP组中的路由器每隔3秒(可配置)以UDP的方式发送hello报文给组播地址224.0.0.2(表示组内的所有路由器)的1985号端口,以表示自己的身份属于该HSRP组中。另外需要注意,hello报文的ttl值是1,用以防止hello报文经过路由器被转发。

    按照hello报文里的priority值确定一个HSRP组中的active路由器之后,该路由器开始转发那些目的mac地址是自己所属的HSRP的虚拟mac地址的数据报文,standby路由器则保持standby和定期发送hello报文的状态。

    3 HSRP配置实例

    下面介绍思科模拟器Packet Tracer 6.2中实现基于三层交换机(三层交换机相对路由器应用更广泛)的HSRP热备份实验实例,实验拓扑结构如下图1所示,其中PC3表示外网,PC1和PC2代表内部主机,SW1和SW2为三层交换机,SW和SW3为二层交换机。

    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组的虚拟ip

    sw1(config-if)#standby 100 priority 200 ?//配置HSRP组的优先级

    sw1(config-if)#standby 100 preempt ?//SW1修复故障修重新在线时,此指令可让SW1抢回Active权力

    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 ?//确定trunk封装协议

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

    sw1(config)#interface fastEthernet 0/2

    sw1(config-if)#no switchport ?//使端口变为三层端口(默认为二层端口)

    sw1(config-if)#ip address 210.1.1.10 255.255.255.0

    sw1(config-if)#standby 210 ip 210.1.1.200 ?//创建第2个HSRP组连接外网

    sw1(config)#ip routing ?//打开三层交换机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组的虚拟IP

    sw2(config-if)#standby 100 priority 150 ?//注意SW2中HSRP组优先级的变化

    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的配置区分

    sw2(config-if)#standby 210 ip 210.1.1.200

    sw2(config)#ip routing ?//打开三层交换机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 ?//切换trunk模式

    4)配置验证

    完成HSRP配置后(SW无须配置),PC1和PC2都可以拼通PC3,表示网络内部主机都可连通外网。现把SW1断电,模拟HSRP组的一台路由设备出现故障,PC1和PC2还是可以连通PC3,表明SW2已全部接管SW1功能。SW1断电后,HSRP信息发生明显变化,下图2所示SW1断电前后SW2设备HSRP信息对比情况。

    通过查看HSRP信息可知,SW2设备在SW1断电后,已从210组和100组的备用(standby)状态切换为活动状态,实验验证成功。

    4 HSRP存在的问题

    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,其在实际应用中,还存在着一些不足需要重点注意:

    1)HSRP协议最大的不足是没有安全防护功能,在HSRP协议环境中,局域网中的路由器极容易被虚假的UDP多播数据实施攻击,这种攻击会形成拒绝服务攻击(Denial-of-Service Attack)并产生数据包黑洞(Packet Black Hole)。

    2)HSRP协议虽然实现了路由器的平滑切换,这种切换基本上不会让用户感觉到,对网络的稳定性有很大帮助。但是,HSRP组内的路由器不能互通其他网络配置信息,例如访问控制列表等。所以在实施管理时,为了保证一致性,必须对它们进行同样的配置,这无疑增加了管理的复杂性,这也许是为了提升网络稳定性避免不了的一些小代价吧。

    参考文献:

    [1] 汪海涛, 简碧园. HSRP技术实现双核心交换机冗余的研究与应用[J]. 微型机与应用, 2017(18).

    [2] 马婷. 基于HSRP多设备活动网关的实现[J]. 电脑迷, 2016(12):20.

    [3] 谭硕, 石金年. 热备份路由协议(HSRP)在企业局域网中的应用[J]. 甘肃科技纵横, 2015, 44(6):40-42.

    【通联编辑:代影】

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更新时间:2025/3/10 12:56:22