第 34 天 第一跳冗余协议

First Hop Redundancy Protocols

Gitbook：ccna60d.xfoss.com

你可以在 https://github.com/gnu4cn/ccna60d 上 fork 本项目，并提交你的修正。

本书结合了学习技巧，包括阅读、复习、背书、测试以及 hands-on 实验。

本书译者用其业余时间完成本书的翻译工作，并将其公布到网上，以方便你对网络技术的学习掌握，为使译者更有动力改进翻译及完成剩下章节，你可以 捐赠译者。

第 34 天任务

  • 阅读今天的课文
  • 回顾昨天的课文
  • 完成今天的实验
  • 阅读 ICND2 记诵指南
  • 在subnetting.org上花 15 分钟

在设计和部署交换网络时，高可用性（High Availability, HA）是一项不可或缺的考虑。作为思科 IOS 软件中所提供的一项技术，高可用性确保了网络层面的弹性与恢复能力，从而提升了 IP 网络的可用性。所有网段都必须具备弹性和恢复能力，以便网络能足够快地从故障中恢复过来，且此恢复过程要对用户及网络应用无感知及透明。这里的这些第一跳冗余协议（First Hop Redundancy Protocols, FHRPs），就提供了在不同的包交换局域网环境下的冗余。

今天将学习以下内容：

  • 热备份路由器协议（Hot Standby Router Protocol）
  • 虚拟路由器冗余协议（Virtual Router Redundancy Protocol）
  • 网关负载均衡协议（Gateway Load Balancing Protocol）

这节课对应了一下 ICND2 考试大纲要求：

  • 认识高可用性（ FHRP ）
    • HSRP
    • VRRP
    • GLBP

热备份路由器协议

** Hot Standby Router Protocol **

热备份路由器协议是一项思科公司专有的第一跳冗余协议。 HSRP 令到两台配置在同样 HSRP 组中的物理网关，使用同样的虚拟网关地址。而位处这两台网关所在的子网中的网络主机，就以该虚拟网关 IP 地址，作为其默认网关地址。

当 HSRP 运作时，由主网关（the primary gateway）转发该 HSRP 组的那些以虚拟网关 IP 地址为目的地址的数据包。而加入主网关失效，则从网关（the secondary gateway）就接过主网关角色，并转发那些发送到虚拟网关 IP 地址的数据包。下面的图34.1演示了某网络中 HSRP 的运作：

热备份路由器协议的运作

图 34.1 -- 热备份路由器协议的运作

参阅图 34.1，HSRP 是在三层（分发/分布层，the Layer 3, Distribution Layer）交换机之间的，给 VLAN 10 提供了网关的冗余性。分配给三层交换机 Switch 1 上的交换机虚拟借口（the Switch Virtual Interface, SVI）的 IP 地址是10.10.10.2/24, 同时分配给三层交换机Switch 2的交换机虚拟接口的 IP 地址是10.10.10.3/24。两台交换机都被配置为同一 HSRP 组的组成部分，并共用了该虚拟网关10.10.10.1。

Switch 1 已被配置了优先级值105，而 Switch 2 使用的是默认优先级值100。因为三层交换机 Switch 1 有着更高的优先级值，其就被选作主交换机，同时三层交换机 Switch 2 被选作从交换机。在 VLAN 10 上的所有主机，都配置了默认网关地址10.10.10.1。因此，假如 Switch 1 失效，Switch 2 就将接过网关的职责。此过程对这些网络主机完全透明无感知。

真实世界应用 Real-World Implementation

在生产网络中配置各种 FHRPs ，确保子网的活动（主）网关同时也是该特定 VLAN 的生成树根桥，被认为是一种好的做法。比如参阅图 34.1 中的图例，Switch 1在作为VLAN 10的 HSRP 主网关的同时，也应被配置为该 VLAN 的根桥。

如此做法带来的是一个确切的网络（a deterministic network），从而避免在二层或三层上的次优转发。比如假设 VLAN 10 的根桥是 Switch 2，而 VLAN 10 的主网关又是 Switch 1，那么从网络主机发送到默认网关 IP 地址的数据包就将如下图34.2那样被转发了：

STP拓扑与 HSRP 拓扑的同步

图 34.2 -- STP拓扑与 HSRP 拓扑的同步，Synchronising the STP Topology with HSRP

在上面的网络中，从 Host 1 到10.10.10.1的数据包将被如下这样转发：

  1. 接入层交换机收到一个来自 Host 1、以虚拟网关 IP 地址之 MAC 地址为目标的数据帧。此数据帧实在 VLAN 10 中收到的，同时该接入交换机经由其根端口，已学习到了虚拟网关的 MAC 地址。

  2. 因为 VLAN 10 的根桥是 Switch 2，那么到 Switch 1（也就是 HSRP 的主路由器）的上行线路也被置于阻塞状态。此时该接入交换机就将该数据帧经由到 Switch 2 的上行链路予以转发。

  3. Switch 2 又经由连接到 Switch 1 的指定端口，转发该数据帧。对于来自 Host 2 的数据帧，会使用上述的相同次优路径。

思科 IOS 软件当前支持两个版本的 HSRP ：版本 1 及版本 2 。后续章节将对它们的相似点和不同点进行说明。

HSRP版本1

默认情况下，当在思科 IOS 软件中开启热备份路由器协议是，是开启的版本 1 。 HSRP 版本 1 将可配置的 HSRP 分组限制在最多 255 个。 HSRP 版本 1 的那些路由器之间的通信，是通过往多播组地址（Multicast group address）224.0.0.2上，使用 UDP 端口1985发送报文进行的。下面的图34.3显示了 HSRP 版本 1 的报文：

HSRP版本 1 多播组地址

图 34.3 -- HSRP版本 1 多播组地址

对 HSRP 数据包格式的深入探讨，是超出 CCNA 考试要求的范围的，下图34.4仍然给出了 HSRP 版本 1 数据包的信息：

HSRP版本 1 数据包的字段

图 34.4 -- HSRP版本 1 数据包的字段

在图34.4中，要注意版本字段显示的是数值 0 。这是在版本 1 开启时该字段的默认值；不过仍然要知道这里使用的是 HSRP 版本 1 。

HSRP版本2

HSRP版本 2 使用了新的多播地址224.0.0.102，而不是版本 1 的多播地址224.0.0.2, 来发送 Hello 数据包。不过其所用到的 UDP 端口号仍然一样（1985）。同时此新地址在 IP 数据包及以太网数据帧中都得以编码，如下图34.5所示：

HSRP版本 2 多播组地址

图 34.5 -- HSRP版本 2 多播组地址

对 HSRP 版本 2 数据包格式的深入探讨，也是超出 CCNA 考试要求范围的，但要记住 HSRP 版本 2 并未使用与版本 1 相同的数据包格式。

版本 2 数据包使用了一直类型/长度/值的格式（a Type/Length/Value format, TLV format）。被 HSRP 版本 1 的路由器接收到的版本 2 数据包，会将类型字段映射到 HSRP 版本 1 的版本字段，而被忽略掉。下图34.6给出了 HSRP 版本 2 数据包中所包含的信息：

HSRP版本 2 的数据包字段

图 34.6 -- HSRP版本 2 的数据包字段

HSRP版本 1 与版本 2 的比较

HSRP 版本 2 包括了一些对版本 1 的增强。本小节将对这些增强及与版本 1 的不同进行说明。

尽管 HSRP 版本 1 通告了计时器数值，但这些数值都是整秒的，因为版本 1 无法通告或学习到毫秒的计时器数值。而版本 2 就既可以通告也可以学习毫秒的计时器数值了。下面的图34.7与图34.8分别着重表示了 HSRP 版本 1 与版本 2 在计时器字段上的不同：

HSRP版本 1 的计时器字段

图 34.7 -- HSRP版本 1 的计时器字段

HSRP版本 2 的计时器字段

图 34.8 -- HSRP版本 2 的计时器字段

HSRP版本 1 的分组编号是限制在 0 到 255 的，而版本 2 的分组编号则已拓展到 0 到 4095 了。本课程模块后面的 HSRP 配置示例中，将就此差异进行演示。

版本 2 通过包含一个由物理路由器接口的 MAC 地址生成、用于对 HSRP 活动 Hello 报文来源的唯一性识别的 6 字节识别符字段（a 6-byte Identifier field），提供了改进的管理与故障排除功能。在版本 1 中，这些 Hello 报文所包含的源 MAC 地址，都是虚拟 MAC 地址，那就是说无法找出是哪台 HSRP 路由器发送的HSRP Hello 报文。下图34.9给出了 HSRP 版本 2 ，而非版本 1 数据包中出现的识别符字段：

HSRP版本 2 的识别符字段

图 34.9 -- HSRP版本 2 中的识别符字段

在 HSRP 版本 1 中，虚拟 IP 地址所使用的二层地址将是一个由0000.0C07.ACxx构成的虚拟 MAC 地址，这里的xx就是 HSRP 分组编号的十六进制值，同时是基于相应接口的。而在 HSRP 版本 2 中，虚拟网关 IP 地址则是使用了新的 MAC 地址范围0000.0C9F.F000到0000.0C9F.FFFF。下图34.10给出了这些不同，该图现实了HSRP Group 1的版本 1 的虚拟 MAC 地址，同时在图34.11中显示了版本 2 的虚拟 MAC 地址，也是HSRP Group 1的：

HSRP版本 1 的虚拟 MAC 地址格式

图 34.10 -- HSRP版本 1 的虚拟 MAC 地址格式

HSRP版本 2 的虚拟 MAC 地址格式

图 34.11 -- HSRP版本版本 2 的虚拟 MAC 地址格式

HSRP的主网关选举

可通过将默认 HSRP 优先级值 100, 修改为 1 到 255 之间的任何值，对 HSRP 主网关的选举施加影响。有着最高优先级的路由器将被选举为该 HSRP 分组的主网关。

而在两个网关都使用默认优先级值时，或两个网关上的优先级值被手工配置为相等是，那么有着最高 IP 地址的路由器将被选举为主网关。在 HSRP 数据帧中， HSRP 优先级值与该路由器的当前状态（比如是主路由器还是备份路由器），都有进行传送。下图34.12演示了一台配置了非默认优先级值105, 此优先级令到该路由器被选举为此 HSRP 组的活动网关，的网关的优先级和状态字段：

HSRP的优先级与状态字段

图 34.12 -- HSRP的优先级与状态字段

HSRP报文

HSRP路由器之间就下列三种类型的报文进行交换：

  • Hello报文
  • Coup报文
  • Resign报文

Hello 报文是经由多播进行交换的，这些报文告诉另一网关本地路由器的 HSRP 状态和优先级数值。Hello 报文还包含了组 ID （the Group ID）、各种 HSRP 计时器数值、 HSRP 版本，以及认证信息。前面给出的所有报文，都是 HSRP 的 Hello 报文。

HSRP Coup报文实在当前备份路由器打算接过该 HSRP 组的活动网关角色时发出的。这与现实生活中的一次篡位（a coup d’é tat ）类似。

而 HSRP 的 Resign 报文，则是在活动路由器即将关闭，以及在一台有着更高优先级的网关发出一个 Hello 报文或 Coup 报文时发出的。也就是说，在活动网关交出其作为主网关角色时，发出此报文。

HSRP的抢占

HSRP Preemption

在已有一台网关被选举为活动网关的情况下，作为 HSRP 组一部分的另一网关被重新配置了一个更高的 HSRP 优先级数值时，当前活动网关会保留主转发角色。这是 HSRP 的默认行为。

而为了在某 HSRP 组中已有一个主网关的情形下，令到具有更高优先级的网关接过活动网关功能，就必须要将该路由器配置上抢占功能。这样做就允许该网关发起一次抢占，并接过该 HSRP 组的活动网关角色。 HSRP 抢占在接着的配置示例中有演示。

注意： 抢占并不意味着生成树拓扑也会发生改变（译者注：这将导致次优路径）。

HSRP的各种状态

与开放最短路径有限（Open Shortest Path First, OSPF）的方式类似，当在某个接口上开启了 HSRP 时，该网关接口会经历以下一系列状态的改变：

  1. 关闭（ Disabled ）

  2. 初始化（ Init ）

  3. 侦听（ Listen ）

  4. Speak

  5. 备份（ Standby ）

  6. 活动（ Active ）

注意： 这些接口状态过度并无设置时间数值（There are no set time values for these interface transitions）。

在关闭及初始化状态中，该网关处于尚未准备妥当或是无法参与到 HSRP 组情形，可能的原因在于相关接口没有开启。

而侦听状态是适用于备份网关的。仅有备份网关才会监听来自活动网关的 Hello 报文。假如备份网关在 10 秒内未能收到 Hello 报文，其就假定活动网关已经宕机，并接过活动网关角色。如有在统一网段上存在其它网关，这些网关也会侦听 Hello 报文，且如果它们有着下一最高优先级值或 IP 地址，那么它们就会被选举为该分组的活动网关。

在 Speak 阶段，备份网关与活动网关进行报文交换。在此阶段完成后，主网关就过渡到活动状态，同时备份网关过渡到备份状态。备份状态表明该网关已准备好在主网关阵亡时接过活动网关角色，同时活动状态表明该网关已准备好进行数据包的转发。

以下输出给出了在一台刚开启 HSRP 的网关上，debug standby命令中显示的状态变化：

R2#debug standby
HSRP debugging is on
R2#
R2#conf t
Configuring from terminal, memory, or network [terminal]?
Enter configuration commands, one per line.
End with CNTL/Z.
R2(config)#logging con
R2(config)#int f0/0
R2(config-if)#stand 1 ip 192.168.1.254
R2(config-if)#
*Mar 1 01:21:55.471: HSRP: Fa0/0 API 192.168.1.254 is not an HSRP address
*Mar 1 01:21:55.471: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Disabled -> Init
*Mar 1 01:21:55.471: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Redundancy “hsrp-Fa0/0-1” state Disabled -> Init
*Mar 1 01:22:05.475: HSRP: Fa0/0 Interface up
...
[Truncated Output]
...
*Mar 1 01:22:06.477: HSRP: Fa0/0 Interface min delay expired
*Mar 1 01:22:06.477: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Init: a/HSRP enabled
*Mar 1 01:22:06.477: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Init -> Listen
*Mar 1 01:22:06.477: HSRP: Fa0/0 Redirect adv out, Passive, active 0 passive 1
...
[Truncated Output]
...
*Mar 1 01:22:16.477: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Listen: d/Standby timer expired (unknown)
*Mar 1 01:22:16.477: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Listen -> Speak
...
[Truncated Output]
...
*Mar 1 01:22:26.478: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Standby router is local
*Mar 1 01:22:26.478: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Speak -> Standby
*Mar 1 01:22:26.478: %HSRP-5-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby
*Mar 1 01:22:26.478: HSRP: Fa0/0 Grp 1 Redundancy “hsrp-Fa0/0-1” state Speak -> Standby

HSRP地址分配

HSRP Addressing

在本课程模块的早期，已了解到 HSRP 版本 1 中，用于虚拟 IP 地址的二层地址将是一个由000.0C07.ACxx构成的虚拟 MAC 地址，其中的xx就是该 HSRP 组的编号，且是基于相应接口的。而在 HSRP 版本 2 中，使用了一个新的 MAC 地址范围，从0000.0C9F.F000到0000.0C9F.FFFF, 作为虚拟网关 IP 地址的虚拟 MAC 地址。

而在某些情况下，我们并不期望使用这些默认的地址范围。比如在连接到一个配置了端口安全的交换机端口的某个路由器接口上，配置了好几个 HSRP 组时。在此情况下，该路由器就应对不同 HSRP 组使用不同的 MAC 地址，那么结果就是这些 MAC 地址都需要满足（ accommodate ）交换机端口的安全配置。该项配置在每次将 HSRP 组加入到路由器接口时都必须进行修改；否则就会触发端口安全冲突（otherwise, a port security violation would occur）。

为解决此问题，思科 IOS 软件允许管理员将 HSRP 配置为使用其所配置上的物理接口的实际 MAC 地址。那么结果就是一个单独的 MAC 地址为所有 HSRP 组所使用（也就是活动网关所使用的 MAC 地址），且在每次往连接到这些交换机上的路由器添加 HSRP 组的时候，无需对端口安全配置进行修改。此操作是通过使用接口配置命令standby use-bia命令完成的。下面的输出演示了命令show standby，该命令给出了一个配置了两个不同 HSRP 组的网关接口的信息：

Gateway-1#show standby
FastEthernet0/0 - Group 1
    State is Active
        8 state changes, last state change 00:13:07
    Virtual IP address is 192.168.1.254
    Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac01
        Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac01 (v1 default)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 2.002 secs
    Preemption disabled
    Active router is local
    Standby router is 192.168.1.2, priority 100 (expires in 9.019 sec)
    Priority 105 (configured 105)
    IP redundancy name is “hsrp-Fa0/0-1” (default)
FastEthernet0/0 - Group 2
    State is Active
        2 state changes, last state change 00:09:45
    Virtual IP address is 172.16.1.254
    Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac02
        Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac02 (v1 default)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 2.423 secs
    Preemption disabled
    Active router is local

在上面的输出中，由于是默认的 HSRP 版本，那么HSRP Group 1的虚拟 MAC 地址就是0000.0c07.ac01，同时 HSRP 组 2 的就是0000.0c07.ac02。这就意味着连接此网关的交换机端口要学习三个不同地址：物理接口Fastethernet0/0的实际或出厂地址、HSRP Group 1的虚拟 MAC 地址，以及 HSRP 组 2 的虚拟 MAC 地址。

下面的输出，演示了如何将 HSRP 配置为使用该网关接口的实际 MAC 地址，作为不同 HSRP 分组的虚拟 MAC 地址：

Gateway-1#conf
Configuring from terminal, memory, or network [terminal]?
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Gateway-1(config)#int f0/0
Gateway-1(config-if)#standby use-bia
Gateway-1(config-if)#exit

基于上面的输出中的配置，命令show standby会反应出 HSRP 组的新 MAC 地址，如下面的输出所示:

Gateway-1#show standby
FastEthernet0/0 - Group 1
    State is Active
        8 state changes, last state change 00:13:07
    Virtual IP address is 192.168.1.254
    Active virtual MAC address is 0013.1986.0a20
        Local virtual MAC address is 0013.1986.0a20 (bia)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 2.756 secs
    Preemption disabled
    Active router is local
    Standby router is 192.168.1.2, priority 100 (expires in 9.019 sec)
    Priority 105 (configured 105)
    IP redundancy name is “hsrp-Fa0/0-1” (default)
FastEthernet0/0 - Group 2
    State is Active
        2 state changes, last state change 00:09:45
    Virtual IP address is 172.16.1.254
    Active virtual MAC address is 0013.1986.0a20
        Local virtual MAC address is 0013.1986.0a20 (bia)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 0.188 secs
    Preemption disabled
    Active router is local
    Standby router is unknown
    Priority 105 (configured 105)
    IP redundancy name is "hsrp-Fa0/0-2" (default)

那么这里两个 HSRP 组所用的 MAC 地址，都是0013.1986.0a20，就是分配给物理网关接口的 MAC 地址了。这在下面的输出中有证实：

Gateway-1#show interface FastEthernet0/0
FastEthernet0/0 is up, line protocol is up
    Hardware is AmdFE, address is 0013.1986.0a20 (bia 0013.1986.0a20)
    Internet address is 192.168.1.1/24
    MTU 1500 bytes, BW 100000 Kbit/sec, DLY 100 usec,
        reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
    Encapsulation ARPA, loopback not set
...
[Truncated Output]

注意： 除了将 HSRP 配置为使用出厂地址（the burnt-in address, BIA）, 管理员亦可经由接口配置命令standby [number] mac-address [mac]，静态指定虚拟网关要使用的 MAC 地址。但一般不会这样做，因为这可能会导致交换网络中的重复 MAC 地址，这就会引起严重的网络故障，甚至造成网络中断。

HSRP的明文认证

HSRP Plain Text Authentication

HSRP报文默认以明文密钥字串(the plain text key string)cisco发送，以此作为一种对 HSRP 成员（HSRP peers）进行认证的简单方式。如报文中的密钥字串与 HSRP 成员路由器上所配置的密钥匹配，报文就被接受。否则， HSRP 就忽略那些未认证的报文。

明文密钥提供了最低的安全性，因为使用诸如 Wireshark 或 Ethereal 这样的简单抓包软件，它们就可被抓包捕获。下图34.13显示了 HSRP 报文中所使用的默认命令认证密钥：

查看默认 HSRP 明文密钥

图 34.13 -- 查看 HSRP 默认明文密钥

因为明文认证提供很低的安全性，那么下面介绍的消息摘要 5 （message digest 5, MD5）, 就是推荐的 HSRP 认证方式了。

HSRP MD5 认证

这并非 CCNA 题目，放在这里是为了完整性及那些要实际从事网络方面工作的人的考虑。

消息摘要 5 认证通过生成一个多播 HSRP 协议数据包的 HSRP 部分的摘要，提供了 HSRP 比起明文认证更强的安全性。在采行了 MD5 认证后，就允许各个 HSRP 组成员使用一个密钥，来生成一个加密了的 MD5 散列值，并作为发出数据包的一部分。而接收到的 HSRP 数据包也会产生一个加密的散列值，如果接收到的数据包的加密散列值与 MD5 生成值不匹配，接收路由器就会忽略此数据包。

既可以通过在配置使用一个密钥字串直接提供 MD5 散列值的密钥，也可以通过密钥链（a key chain）来提供到。本课程模块稍后会对这两种方式进行讲解。在应用了明文或是 MD5 认证时，在出现以下情形之一后，网关都会拒绝那些 HSRP 数据包：

  • 路由器与收到的数据包认证方案不一致时
  • 路由器与收到的数据包的 MD5 摘要不同时
  • 路由器与收到的数据包的明文认证字串不一致时

HSRP接口跟踪

HSRP Interface Tracking

HSRP允许管理员对当前活动网关上的接口状态进行追踪，所以在有接口失效时，网关就会将其优先级降低一个特定数值，默认为 10, 这样就可以让其它网关接过 HSRP 组的活动网关角色。此概念在下图34.14中进行了演示：

HSRP接口追踪

图 34.14 -- HSRP 接口追踪

参考图34.14, 对于 VLAN 150, 已在 Switch 1 及 Switch 2 上开启了 HSRP 。而基于当前的优先级配置，Switch 1 有着优先级数值 105, 已被选举为该 VLAN 的主交换机。Switch 1 与 Switch 2 都通过其各自的Gigabitethernet5/1接口，分别连接到两台路由器。这里假定这两台与其它外部网络相连，比如互联网。

在没有 HSRP 接口跟踪功能时，如果 Switch 1 与 R1 之间的Gigabitethernet5/1接口失效，那么 Switch 1 仍将保持其主网关状态。此时就必须将所有接收到的、比如前往互联网的数据包，使用 Switch 1 本身与 Switch 2 之间的连接，转发到 Switch 2 上。这些数据包将会通过 R2 转发到它们本来的目的地。这就造成了网络中的次优流量路径。

HSRP接口跟踪功能令到管理员可将 HSRP 配置为追踪某个接口的状态，并据此将活动网关的优先级降低一个默认 10 的值，亦可指定该降低值。同样参考图34.14, 如果在 Switch 1 上采用默认值配置了 HSRP 接口跟踪，那么就令到该交换机对接口Gigabitethernet5/1的状态进行跟踪，在那个接口失效后，Switch 1 就会将其该 HSRP 组的优先级降低 10, 得到一个 95 的优先级。

又假设 Switch 2 上配置了抢占（ preempt ），在此情形下是强制性要配置的，那么它就会注意到自己有着更高的优先级（100 比 95）, 就会执行一次篡位，结果该 HSRP 组的活动网关角色。

真实场景应用 在生产网络中，思科 Catalyst 交换机还支持增强对象跟踪（Enhanced Object Tracking, EOT）功能，可用于所有 FHRP （也就是 HSRP 、 VRRP 及 GLBP ）上。增强对象跟踪功能令到管理员可以将交换机配置为对以下参数进行跟踪：

  • 某个接口的 IP 路由状态，The IP routing state of an interface
  • IP路由的可达性，IP route reachablity
  • IP路由度量值阈值，The threshold of IP route metrics
  • IP SLA 的运作，IP SLA operations(Service-Level Agreements, 服务等级协议)

对于这些 FHRPs ，比如 HSRP ，可被配置为对这些增强对象进行跟踪，以令到在部署 FHRP 失效情形时具有更大的灵活性。比如，在采用 EOT 时，可将活动 HSRP 路由器配置为在网络或主机路由不可达时（也就是出现在路由表中），降低其优先级某个数值。 EOT 功能是超出了 CCNA 考试要求的，在配置示例中不会涉及。

HSRP的负载均衡

HSRP允许管理员在一些物理接口上配置多个 HSRP 组，以实现负载均衡。默认情况下，在两台网关之间配置 HSRP 时，在任何时期都只有一台网关对那个组的流量进行转发。这样就导致了备份网关链路上带宽的浪费。这在下图34.15中进行了演示：

不具备 HSRP 负载均衡的一个网络

图 34.15 -- 不具备 HSRP 负载均衡的一个网络

在图34.15中，在 Switch 1 和 Switch 2 上配置了两个 HSRP 组。Switch 1 已被配置为两个组的活动（主）网关--这是基于其有着较高的优先级值。Switch 1 与 Switch 2 都相应的连接到了路由器 R1 和 R2 上。这两台路由器都通过各自的 T3/E3 线路，连接到互联网。因为 Switch 1 是两个 HSRP 组的活动网关，它就会转发两个组的流量，直到其失效后，Switch 2 才会结果活动（主）网关的角色。

尽管这样做满足了网络的冗余需求，但也造成 R2 上昂贵的 T3/E3 线路的空闲，除非在 Switch 2 成为活动网关并开始经由它来转发流量。自然，这就出现了一定数量带宽的浪费。

而通过配置多个 HSRP 组，每个组使用不同的活动网关，管理员就可以有效的防止不必要的资源浪费，并在 Switch 1 与 Switch 2 之间实现负载均衡。这在下图34.16中进行了演示：

一个采用 HSRP 实现负载均衡的网络

图 34.16 -- 一个采用 HSRP 实现负载均衡的网络

这里通过将 Switch 1 配置为HSRP Group 1的活动网关，将 Switch 2 配置为 HSRP 组 2 的活动网关，管理员就令到来自两个不同组的流量，在 Switch 1 与 Switch 2 之间实现了负载均衡，并最终通过这两条专用 T3/E3 广域网连接。同时每台交换机又互为对方 HSRP 组的备份。比如在 Switch 2 失效时，Switch 1 就将接过 HSRP 组 2 活动网关的角色，相反亦然。

真实世界的部署

在生产网络中，需要记住多个 HSRP 组的建立，会造成网关上 CPU 使用率的上升，以及有 HSRP 报文交换所造成的网络带宽占用的增加。诸如Catalyst 4500及 6500 系列的思科 Catalyst 交换机，提供了对 HSRP 客户组（HSRP client groups）的支持。

在前面的小节中，了解到 HSRP 允许在单个的网关接口上配置多个 HSRP 组。而在网关接口上允许许多不同 HSRP 组的主要问题，就是这样做会导致网关上 CPU 使用率的上升，并也因为 HSRP 每隔 3 秒的 Hello 数据包，而潜在可能增加网络流量。

为解决这个潜在的问题， HSRP 就还允许客户或从组的配置（the configuration of client or slave groups）。这些组是一些简单的 HSRP 组，它们跟随某个主 HSRP 组（a master HSRP group），而不参与 HSRP 选举。这些客户或从组跟随主组的允许与状态，因此它们本身无需周期性地交换 Hello 数据包。这样在运用多个 HSRP 组时，降低 CPU 与网络的使用。

但是，为了刷新那些交换机的虚拟 MAC 地址，这些客户组仍然要发送周期性的报文。不过与主组的协议选举报文相比，这些刷新报文是以低得多的频率发送的。尽管 HSRP 客户组的配置是超出 CCNA 考试要求的，下面的输出还是演示两个客户组的配置，这两个客户组被配置为跟随主组HSRP Group 1, 该主组又被命名为SWITCH-HSRP组：

Gateway-1(config)#interface vlan100
Gateway-1(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Gateway-1(config-if)#ip address 172.16.31.1 255.255.255.0 secondary
Gateway-1(config-if)#ip address 10.100.10.1 255.255.255.0 secondary
Gateway-1(config-if)#standby 1 ip 192.168.1.254
Gateway-1(config-if)#standby 1 name SWITCH-HSRP
Gateway-1(config-if)#standby 2 ip 172.16.31.254
Gateway-1(config-if)#standby 2 follow SWITCH-HSRP
Gateway-1(config-if)#standby 3 ip 10.100.10.254
Gateway-1(config-if)#standby 3 follow SWITCH-HSRP
Gateway-1(config-if)#exit

在上面的输出配置中，Group 1 被配置为了主 HSRP 组， 同时Group 2与Group 3被配置为了客户组或叫做从组。

网关上 HSRP 的配置

在网关上配置 HSRP ，需要完成以下步骤：

  1. 使用接口配置命令ip address [address] [mask] [secondary]配置网关接口的 IP 地址及掩码。

  2. 通过接口配置命令standby [number] ip [virtual address] [secondary], 在网关接口上建立一个 HSRP 组，以及给该 HSRP 组指派虚拟 IP 地址。关键词（ keyword ）[secondary]将该 IP 地址指定为指定组的次网关 IP 地址。

  3. 这里作为可选项，使用接口配置命令standby [number] name [name], 为 HSRP 组指派一个名称。

  4. 作为可选项，如打算对活动网关的选举施加影响，就要经由接口配置命令standby [number] priority [value]，对组优先级进行配置。

本章中的后续 HSRP 配置输出，将建立在下图34.17中的网络：

HSRP示例配置的拓扑

图 34.17 -- HSRP示例配置的拓扑

注意： 这里假定在VTP-Server-1与VTP-Server-2之间的 VLAN 与中继已有配置妥当，同时交换机之间可以经由VLAN172 ping通。为简短起见，这些配置已在配置示例中省略。

VTP-Server-1(config)#interface vlan172
VTP-Server-1(config-if)#ip address 172.16.31.1 255.255.255.0
VTP-Server-1(config-if)#standby 1 ip 172.16.31.254
VTP-Server-1(config-if)#standby 1 priority 105
VTP-Server-1(config-if)#exit
VTP-Server-2(config)#interface vlan172
VTP-Server-2(config-if)#ip address 172.16.31.2 255.255.255.0
VTP-Server-2(config-if)#standby 1 ip 172.16.31.254
VTP-Server-2(config-if)#exit

注意： 这里应用到VTP-Server-2的 HSRP 配置并没有手动指派优先级数值。默认情况下， HSRP 将使用一个 100 的优先级值，以允许带有优先级值 105 的VTP-Server-1，在选举中胜选，从而被选举为该 HSRP 组的主网关。

在配置应用后，就可使用show standby [interface brief]命令，对 HSRP 的配置进行验证。下面的输出对show standby brief命令进行了展示：

VTP-Server-1#show standby brief
                     P indicates configured to preempt.
                     |
Interface   Grp      Pri P State   Active  Standby         Virtual IP
Vl172       1        105   Active  local   172.16.31.2     172.16.31.254
VTP-Server-2#show standby brief
                     P indicates configured to preempt.
                     |
Interface   Grp      Pri P State   Active  Standby         Virtual IP
Vl172       1        100   Standby local   172.16.31.1     172.16.31.254

基于此种配置，只有在VTP-Server-1失效时，VTP-Server-2才会成为活动网关。此外，因为没有配置抢占（ preemption ），那么即使在VTP-Server-1重新上线时，就算在该 HSRP 组中，其比起VTP-Server-2有着更高的优先级，它仍然无法强制性地接过活动网关角色。

HSRP抢占的配置

Configuring HSRP Preemption

抢占特性令到某台网关在本身比当前活动网关有着更高优先级时，强制性地接过活动网关的角色。使用命令standby [number] preempt命令，来配置 HSRP 抢占特性。下面的输出，演示了在VTP-Server-1上的此项配置：

VTP-Server-1(config)#interface vlan172
VTP-Server-1(config-if)#standby 1 preempt

这里同样使用命令show standby [interface [name] |brief], 来验证在某个网关上已有配置抢占特性。是通过下面的show standby brief命令输出中的“ P ”字样演示的：

VTP-Server-1#show standby brief
                     P indicates configured to preempt.
                     |
Interface   Grp Pri  P State   Active  Standby         Virtual IP
Vl172       1   105  P Active  local   172.16.31.2     172.16.31.254

有了这个修改，在因VTP-Server-1失效而导致VTP-Server-2接过 VLAN172 的活动网关角色时，一旦VTP-Server-1再度上线，其就将强制性再度接手那个角色。在配置抢占特性时，思科 IOS 软件允许指定在交换机抢占及强制重新获得活动网关角色之前的时间间隔。

默认下抢占是立即发生的。但可使用接口配置命令standby [number] preempt delay [minimum|reload|sync]对此时间间隔进行修改。关键字[minimum]用于指定在抢占前等待的最短时间（秒）。下面的输出展示了如何配置在抢占前等待 30 秒钟：

VTP-Server-1(config)#interface vlan172
VTP-Server-1(config-if)#standby 1 preempt delay minimum 30

此配置可使用命令show standby [interface]进行验证。下面的输出对此进行了演示：

VTP-Server-1#show standby vlan172
Vlan172 - Group 1
    State is Active
        5 state changes, last state change 00:00:32
Virtual IP address is 172.16.31.254
Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac01
    Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac01 (v1 default)
Hello time 3 sec, hold time 10 sec
    Next hello sent in 0.636 secs
Preemption enabled, delay min 30 secs
Active router is local
Standby router is 172.16.31.2, priority 100 (expires in 8.629 sec)
Priority 105 (configured 105)
IP redundancy name is “hsrp-Vl172-1” (default)

而关键字[reload]用于指定网关在其重启后需要等待的时间（the [reload] keyword is used to specify the amount of time the gateway should wait after it initiates following a reload）。关键字[sync]是与 IP 冗余客户端配合使用的。此配置超出了 CCNA 考试要求，但在生产环境中是十分有用的，因为在出现某个正在被跟踪的抖动接口，或类似情况下，此配置可以阻止不必要的角色切换（this configuration is beyond the scope of the CCNA exam requirements but is very useful in production environments because it prevents an unnecessary change of roles in the case of a flapping interface that is being tracked, or similar activity）。

配置 HSRP 接口跟踪

HSRP接口跟踪特性，令到管理员可以将 HSRP 配置为追踪接口状态，从而将当前优先级降低一个默认数值（ 10 ）或指定数值，以允许另一网关接过指定 HSRP 组的主网关角色。

在下面的输出中，VTP-Server-1被配置为对连接到假想 WAN 路由器的接口Gigabitethernet5/1的状态，进行跟踪。在那个接口状态转变为down时，该网关就将其优先级值降低 10 （默认的）:

VTP-Server-1#show standby vlan172
Vlan172 - Group 1
    State is Active
        5 state changes, last state change 00:33:22
    Virtual IP address is 172.16.31.254
    Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac01
        Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac01 (v1 default)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 1.085 secs
    Preemption enabled
    Active router is local
    Standby router is 172.16.31.2, priority 100 (expires in 7.616 sec)
    Priority 105 (configured 105)
    IP redundancy name is “hsrp-Vl172-1” (default)
    Priority tracking 1 interfaces or objects, 1 up:
    Interface or object          Decrement  State
    GigabitEthernet5/1           10         Up

而要将该网关降低值配置为比如50, 就可以执行命令standby [name] track [interface] [decrement value], 如下面的输出所示：

VTP-Server-1(config)#interface vlan172
VTP-Server-1(config-if)#standby 1 track GigabitEthernet5/1 50

此项配置可使用命令show standby [interface]进行验证。下面对此进行了演示：

VTP-Server-1#show standby vlan172
Vlan172 - Group 1
    State is Active
        5 state changes, last state change 00:33:22
    Virtual IP address is 172.16.31.254
    Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac01
    Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac01 (v1 default)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 1.085 secs
    Preemption enabled
    Active router is local
    Standby router is 172.16.31.2, priority 100 (expires in 7.616 sec)
    Priority 105 (configured 105)
    IP redundancy name is “hsrp-Vl172-1” (default)
    Priority tracking 1 interfaces or objects, 1 up:
    Interface or object          Decrement  State
    GigabitEthernet5/1           50         Up

配置 HSRP 的版本

如同在本课程模块先前指出的那样，默认当 HSRP 开启时，是启用的版本 1 。但可通过接口配置命令standby version [1|2]来手动开启 HSRP 版本 2 。下面的输出演示了 HSRP 版本 2 的配置：

VTP-Server-1(config)#interface vlan172
VTP-Server-1(config-if)#standby version 2

使用命令show standby [interface]，可对此配置进行验证。下面的输出对此进行了演示：

VTP-Server-1#show standby vlan172
Vlan172 - Group 1 (version 2)
    State is Active
        5 state changes, last state change 00:43:42
    Virtual IP address is 172.16.31.254
    Active virtual MAC address is 0000.0c9f.f001
        Local virtual MAC address is 0000.0c9f.f001 (v2 default)
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 2.419 secs
    Preemption enabled
    Active router is local
    Standby router is 172.16.31.2, priority 100 (expires in 4.402 sec)
    Priority 105 (configured 105)
    IP redundancy name is “hsrp-Vl172-1” (default)

而 HSRP 的开启，就自动将 HSRP 所使用的 MAC 地址范围，从0000.0C07.ACxx，改变为0000.0C9F。F000到0000.0C9F.FFFF。因此务必要记住这将导致生产网络中的一些数据包丢失，因为网络中的设备必须要掌握到网关的新 MAC 地址。这类导致包丢失的变动，都推荐在维护窗口或几乎的断网窗口来进行。

虚拟路由器冗余协议

Virtual Router Redundancy Protocol

虚拟路由器冗余协议（Virtual Router Redundancy Protocol, VRRP），是一个动态地将一个或多个网关的职责，指派给 LAN 上的 VRRP 路由器的网关选举协议（a gateway election protocol）, 其令到在诸如以太网这样的某个多路访问网段（a Multi-Access segment）上的数台路由器，能够使用同一个虚拟 IP 地址，作为它们的默认网关。

VRRP以与 HSRP 类似的方式运作；但与 HSRP 不同， VRRP 是一个定义在RFC 2338中的开放标准，RFC 2338 在RFC 3768中被废弃。 VRRP 将通告发送到多播目的地址224.0.0.18（ VRRP ）, 使用的是 IP 协议编号112。在数据链路层，通告是从主虚拟路由器（the master virtual router）的 MAC 地址00-00-5e-00-01xx发出的，这里的"xx"表示了两位十六进制的组编号。这在下图34.18中进行了演示：

VRRP的多播地址

图 34.18 -- VRRP的多播地址，VRRP Multicast Addresses

注意： 这里的协议编号是十六进制形式的。而十六进制值0x70就等于是进制的 112 。与此类似，数据链路层目的地址01-00-5e-00-00-12中的十六进制值12就是十进制值 18 （也就是224.0.0.18）了。如你仍对这些数值是如何转换的没有掌握，那么本 CCNA 手册的十六进制到十进制转换在网上是很详细的。

真是世界的部署

与 HSRP 不同， VRRP 并没有允许网关使用出厂地址（Burnt-in Address, BIA）或静态配置的地址作为 VRRP 组的 MAC 地址的选项。因此，在带有多于 VRRP 组的生产网络中，对在某个特定接口上应用多个 MAC 地址的理解掌握，尤其是当部署了诸如端口安全这样的特性时， 是重要的。记得要着重于整体上；否则就会发现，尽管有正确配置，一些特性或协议也不会如预期那样跑起来。

一个 VRRP 网关是在一台或多台连接到 LAN 的路由器上，配置用于运行 VRRP 协议的（A VRRP gateway is configured to run the VRRP protocol in conjunction with one or more other routers attached to a LAN）。在 VRRP 配置中，一台网关被选举为主虚拟路由器（the master router）, 而其它网关则扮演在主虚拟路由器失效时的备份虚拟路由器。下图34.19对此概念进行了演示：

VRRP的基本运作

图 34.19 -- VRRP的基本运作

VRRP的多虚拟路由器支持特性

可在某个接口上配置多大 255 个的虚拟路由器。而某个路由器接口实际能支持的虚拟路由器数目，由以下因素决定：

  • 路由器的处理能力，Router processing capability

  • 路由器的内存容量，Router memory capability

  • 路由器接口对多 MAC 地址的支持情况，Router interface support of multiple MAC addresses

VRRP的主路由器选举

VRRP Master Router Election

VRRP默认使用优先级值来决定哪台路由器将被选举为主虚拟路由器。默认的 VRRP 优先级值为100; 但此数值可被手工修改为一个 1 到 254 之间的数值。而如多台网关有着相同的优先级数值，那么有着最高 IP 地址的网关将被选举为主虚拟路由器，同时有着较低 IP 地址的那台就成为备份虚拟路由器。

加入有多于两台的路由器被配置为 VRRP 组的组成部分，那么备份虚拟路由器中有着第二高优先级的，就会在当前主虚拟路由器失效或不可用时，被选举为主虚拟路由器。又假如那些备份虚拟路由器又有着相同的优先级，那么这些备份路由器中有着最高 IP 地址的那台，将被选举为主路由器。下图34.20对此概念进行了演示：

VRRP主虚拟路由器及备份虚拟路由器的选举

图 34.20 -- VRRP主虚拟路由器及备份虚拟路由器的选举

图34.20演示了一个采用了 VRRP 作为网关冗余的网络。主机 1 与主机 2 都配置了默认192.168.1.254作为默认网关，此网关就是配置在交换机VRRP-1、VRRP-2及VRRP-3上，给VRRP group 192的虚拟 IP 地址。

交换机VRRP-1已被配置了优先级值110, VRRP-2的是105, VRRP-3的是默认 VRRP 优先级 100 。基于此种配置，VRRP-1就被选举为主虚拟路由器，同时VRRP-2和VRRP-3就成为备份虚拟路由器。

在VRRP-1失效时，因为VRRP-2有着比起VRRP-3更高的优先级，所以它就成为主虚拟路由器。但如果VRRP-2与VRRP-3有着相同优先级的话，VRRP-3将被选举为主虚拟路由器，因为它有着更高的 IP 地址。

VRRP的抢占

与 HSRP 不同， VRRP 的抢占特性是默认开启的，因此无需管理员为开启此功能而进行显式的配置。但此功能可经由使用接口配置命令no vrrp [number] preempt进行关闭。

VRRP的负载均衡

VRRP允许以与 HSRP 类似的方式，实现负载均衡。比如，在一个于某台网关上配置了多个虚拟路由器（ VRRP 组）的网络中，一个接口可作为某个虚拟路由器（ VRRP 组）的主接口（虚拟路由器），同时又可作为另一或更多虚拟路由器（ VRRP 组）的备份（虚拟路由器）。下图34.21对此进行了演示：

VRRP的负载均衡

图 34.21 -- VRRP的负载均衡

VRRP的版本

默认情况下，当在某台运行思科 IOS 软件的网关上配置了 VRRP 时，开启的是 VRRP 版本 2 （见下图）。版本 2 正是默认的以及当前的 VRRP 版本。这里并不能如同在 HSRP 中那样改变版本，因为并没有 VRRP 版本 1 的标准。

注意: 在本手册编写过程中，为 IPv4 与 IPv6 定义 VRRP 的版本 3 ，正处于草案阶段，且并未标准化。

VRRP版本 2 的数据包

图 34.22 -- VRRP版本 2 的数据包

VRRP的各种通告

VRRP Advertisements

主虚拟路由器将通告发送给同一 VRRP 组中的其它 VRRP 路由器。通告就主虚拟路由器的优先级与状态进行通信。 VRRP 的通告是以 IP 数据包进行封装的，并被发送到在图34.18中所演示的那个指派给该 VRRP 组的 IPv4 多播地址。通告默认以每秒的频率发送；不过此时间间隔是可被用户配置的，因而可以改变。同时备份虚拟路由器收听主虚拟路由器通告的间隔，也可进行配置。

在网关上配置VRRP

在网关上配置 VRRP ，需要以下步骤：

  1. 使用接口配置命令ip address [address] [mask] [secondary]，给网关接口配置正确的 IP 地址与子网掩码。

  2. 通过接口配置命令vrrp [number] ip [virtual address] [secondary]，在该网关接口上建立一个 VRRP 组，并为其指派一个虚拟 IP 地址。关键字[secondary]将该虚拟 IP 地址配置为指定 VRRP 组的次网关地址。

  3. 作为可选项，使用接口配置命令vrrp [number] description [name], 为该 VRRP 组指派一个描述性名称。

  4. 作为可选项，在打算对主虚拟路由器及备份虚拟路由器的选举进行控制时，就要经由接口配置命令vrrp [number] priority [value], 对该组的优先级进行配置。

本小节的 VRRP 配置输出，将基于下图34.23的网络：

VRRP配置示例的拓扑

图 34.23 -- VRRP配置示例的拓扑

注意： 这里假定在VTP-Server-1与VTP-Server-2之间的 VLAN 与中继已有配置妥当，同时交换机之间可以经由VLAN192 ping通。为简短起见，这些配置已在配置示例中省略。

VTP-Server-1(config)#interface vlan192
VTP-Server-1(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
VTP-Server-1(config-if)#vrrp 1 ip 192.168.1.254
VTP-Server-1(config-if)#vrrp 1 priority 105
VTP-Server-1(config-if)#vrrp 1 description ‘SWITCH-VRRP-Example’
VTP-Server-1(config-if)#exit
VTP-Server-2(config)#interface vlan192
VTP-Server-2(config-if)#ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
VTP-Server-2(config-if)#vrrp 1 ip 192.168.1.254
VTP-Server-2(config-if)#vrrp 1 description ‘SWITCH-VRRP-Example’
VTP-Server-2(config-if)#exit

注意： 这里没有为VTP-Server-2上所应用的 VRRP 配置手动指派优先级数值。那么默认情况下， VRRP 将使用 100 的优先级数值，这就令到带有优先级数值 105 的VTP-Server-1，在选举中获胜而被选举为该 VRRP 组的主虚拟路由器。此外，这里还为该 VRRP 组配置了一个描述信息。

下面还使用命令show vrrp [all|brief|interface], 对此配置进行了验证。关键字[all]展示了有关该 VRRP 配置的所有信息，包括了组的状态、描述信息（在配置了的情况下）、本地网关优先级，以及主虚拟路由器和其它信息。关键字[brief]则会列印出该 VRRP 配置的摘要信息。而[interface]关键字会列印出特定接口的 VRRP 信息。下面的输出展示了show vrrp all命令的输出：

VTP-Server-1#show vrrp all
Vlan192 - Group 1
‘SWITCH-VRRP-Example’
    State is Master
    Virtual IP address is 192.168.1.254
    Virtual MAC address is 0000.5e00.0101
    Advertisement interval is 1.000 sec
    Preemption enabled
    Priority is 105
    Master Router is 192.168.1.1 (local), priority is 105
    Master Advertisement interval is 1.000 sec
    Master Down interval is 3.589 sec
VTP-Server-2#show vrrp all
Vlan192 - Group 1
‘SWITCH-VRRP-Example’
    State is Backup
    Virtual IP address is 192.168.1.254
    Virtual MAC address is 0000.5e00.0101
    Advertisement interval is 1.000 sec
    Preemption enabled
    Priority is 100
    Master Router is 192.168.1.1, priority is 105
    Master Advertisement interval is 1.000 sec
    Master Down interval is 3.609 sec (expires in 3.328 sec)

下面的输出展示了由命令show vrrp brief所列印出的信息：

VTP-Server-1#show vrrp brief
Interface          Grp Pri Time Own Pre State   Master addr     Group addr
Vl192              1   105 3589      Y  Master  192.168.1.1     192.168.1.254
VTP-Server-2#show vrrp brief
Interface          Grp Pri Time Own Pre State   Master addr     Group addr
Vl192              1   100 3609      Y  Backup  192.168.1.1     192.168.1.254

配置 VRRP 的接口跟踪特性

为将 VRRP 配置为对某个接口进行跟踪，就必须要在全局配置模式下，为接口追踪而使用全局配置命令track [object number] interface [line-protocol|ip routing], 或为 IP 前缀追踪而使用全局配置命令track [object number] ip route [address | prefix] [reachablity | metric threshold]，建立一个被跟踪的对象。依据软件与平台的不同，交换机上可对高达 500 个的被追踪对象进行跟踪。随后再使用接口配置命令vrrp [number] track [object], 实现 VRRP 对被追踪对象的跟踪。

注意： CCNA考试不要求完成这些高级对象追踪的配置。

下面的输出展示了如何配置 VRRP 的跟踪，引用了对象1, 该被跟踪对象对Loopback0接口的线路协议进行跟踪：

VTP-Server-1(config)#track 1 interface Loopback0 line-protocol
VTP-Server-1(config-track)#exit
VTP-Server-1(config)#interface vlan192
VTP-Server-1(config-if)#vrrp 1 track 1
VTP-Server-1(config-if)#exit

而下面的输出则展示了如何将 VRRP 配置为对引用对象 2 的追踪，此被追踪对象追踪了到前缀1.1.1.1/32的可达性。一个被追踪的 IP 路由对象在存在一个该路由的路由表条目时，被认为是在线且可达的，同时该路由不是无法访问的（无法访问就是说有着 255 的路由度量值）, 当发生无法访问时，该路由就会从路由信息数据库中被移除（a tracked IP route object is considered to be up and reachable when a routing table entry exists for the route and the route is not accessible(i.e., has a route metric of 255)，in which case the route is removed from the Routing Information Base(RIB) anyway）。

VTP-Server-1(config)#track 2 ip route 1.1.1.1/32 reachability
VTP-Server-1(config-track)#exit
VTP-Server-1(config)#interface vlan192
VTP-Server-1(config-if)#vrrp 1 track 2

VRRP跟踪的配置，是通过使用命令show vrrp interface [name]命令进行验证的。下面的输出对此进行了演示：

VTP-Server-1#show vrrp interface vlan192
Vlan192 - Group 1
‘SWITCH-VRRP-Example’
    State is Master
    Virtual IP address is 192.168.1.254
    Virtual MAC address is 0000.5e00.0101
    Advertisement interval is 0.100 sec
    Preemption enabled
    Priority is 105
        Track object 1 state Up decrement 10
        Track object 2 state Up decrement 10
    Authentication MD5, key-string
    Master Router is 192.168.1.1 (local), priority is 105
    Master Advertisement interval is 0.100 sec
    Master Down interval is 0.889 sec

而要查看被追踪对象的各项参数，就使用命令show track [number] [brief] [interface] [ip] [resolution] [timers]。下面是show track命令输出的演示：

VTP-Server-1#show track
Track 1
    Interface Loopback0 line-protocol
    Line protocol is Up
        1 change, last change 00:11:36
    Tracked by:
        VRRP Vlan192 1
Track 2
    IP route 1.1.1.1 255.255.255.255 reachability
    Reachability is Up (connected)
        1 change, last change 00:08:48
    First-hop interface is Loopback0
    Tracked by:
        VRRP Vlan192 1

注意： 这些被追踪对象亦可与 HSRP 和 GLBP 配合使用。 GLBP 在下面的小节进行说明。

VRRP的调试

命令debug vrrp提供给管理员用于查看有关 VRRP 运作情况实时信息的诸多选项。这些选项如下面的输出所示：

VTP-Server-1#debug vrrp ?
    all Debug all VRRP information
    auth VRRP authentication reporting
    errors VRRP error reporting
    events Protocol and Interface events
    packets VRRP packet details
    state VRRP state reporting
    track Monitor tracking
    <cr>

网关负载均衡协议

Gateway Load Balancing Protocol

与 HSRP 一样，网关负载均衡协议也是一种思科专有的协议。 GLBP 以与 HSRP 和 VRRP 类似的方式，提供了高的网络可用性。但与 HSRP 与 VRRP 在任何时候都由单一网关来转发特定组的流量不同， GLBP 允许在同一 GLBP 组中的多台网关，同时进行流量的转发。

GLBP网关之间的通信，是通过以每隔 3 秒的频率，往多播地址224.0.0.102上，使用 UDP 端口 3322 发送 Hello 报文进行的。下图34.24对此进行了演示：

GLBP的三层及四层协议与地址

图 34.24 -- GLBP的三层及四层协议与地址，GLBP Layer 3 and Layer 4 Protocols and Addresses

GLBP的运作

在启用了 GLBP 后，该 GLBP 组的那些成员就选举出一台网关，作为改组的活动虚拟网关（the active virtual gateway, AVG）。该活动网关有着最高的优先级值。在成员优先级值相等时，组中带有最高 IP 地址的活动虚拟网关将被选举为网关。组中剩下的其它网关，就会在活动虚拟网关不可用时，提供活动虚拟网关的备份。

活动虚拟网关将应答所有对虚拟路由器地址的地址解析协议（Address Resolution Protocol, ARP）请求。此外活动虚拟网关还会为 GLBP 组的每个成员网关，都分配一个虚拟 MAC 地址。因此每个成员网关都要负责转发发送到由活动虚拟网关所指派的虚拟 MAC 地址上的数据包了。这些网关一起, 作为它们所分配到的虚拟 MAC 地址所对应的活动虚拟转发器（active virtual forwarders, AVFs）被看待。这就令到 GLBP 能够提供负载的共同承担。下图34.25对此概念进行了演示:

GLBP的活动虚拟网关与活动虚拟转发器

图 34.25 -- GLBP的活动虚拟网关与活动虚拟转发器，GLBP Active Virtual Gateway and Active Virtual Forwarders

图34.25展示了一个使用 GLBP 作为 FHRP 的网络。这里的三台网关都被配置在GLBP Group 1中。网关GLBP-1配置了 110 的优先级值，网关GLBP-2配置的优先级值是105, 网关GLBP-3使用了默认的优先级值 100 。那么GLBP-1就被选举为活动虚拟网关，同时GLBP-2和GLBP-3又被分配到相应的虚拟 MAC 地址bbbb.bbbb.bbbb.bbbb及cccc.cccc.cccc， 且各自成为这些虚拟 MAC 地址对应的活动虚拟转发器。GLBP-1也是其本身虚拟 MAC 地址aaaa.aaaa.aaaa的活动虚拟转发器。

主机 1 、 2 、 3 都配置了默认网关地址192.168.1.254, 此 IP 地址正是指派给该 GLBP 组的虚拟 IP 地址。主机 1 发出了查询其网关 IP 地址的 ARP 广播。此查询被活动虚拟网关（GLBP-1）接收到，GLBP-1就以其自身的虚拟 MAC 地址aaaa.aaaa.aaaa加以响应。主机 1 于是就将到192.168.1.254的流量，转发到这个 MAC 地址了。

主机 2 发出一个查询其网关 IP 地址的 ARP 广播。此查询被活动虚拟网关（GLBP-1）接收，进而以虚拟 MAC 地址bbbb.bbbb.bbbb进行响应。那么主机 2 就将那些到192.168.1.254的流量，都转发到这个 MAC 地址了，并由GLBP-2来进一步转发这些流量。

主机 3 的情况与此类似，将会把到192.168.1.254的流量，转发到虚拟 MAC 地址cccc.cccc.cccc, 由GLBP-3来转发这些流量。

通过使用上组中的所有网关， GLBP 实现了无需像在 HSRP 或 VRRP 中那样需要配置多个组，就能做到负载均衡。

GLBP的虚拟 MAC 地址分配

一个 GLBP 允许每组有 4 个的虚拟 MAC 地址。由活动虚拟网关来负责将虚拟 MAC 地址分配给组中的各个成员。其它组成员是在它们发现了活动虚拟网关后，精油 Hello 报文，请求到虚拟 MAC 地址的。

这些网关是依序分配到下一个虚拟 MAC 地址的。已通过活动虚拟网关分配到了虚拟 MAC 地址的网关，被称作主虚拟转发器（a primary virtual forwarder）, 而已学习到某个虚拟 MAC 地址的网关，被称作是从虚拟转发器（a secondary virtual forwarder）。

GLBP的冗余

在 GLBP 组中，是单一一台网关被选举为活动虚拟网关，有另一网关被选举为备份虚拟网关（the standby virtual gateway）的。组中剩下的其它网关，都被置于侦听状态（a Listen state）。在活动虚拟网关失效时，备份虚拟网关将接过该虚拟 IP 地址的角色。于此同时，又会再进行一次选举，此时将从那些处于侦听状态的网关中选出一个新的备份虚拟网关。

在该活动虚拟网关失效时，处于侦听状态的某台从虚拟转发器，会接过该虚拟 MAC 地址的职责。但是因为新的活动虚拟转发器已是使用了另一虚拟 MAC 地址的转发器， GLBP 就需要确保原有的转发器 MAC 地址停止使用，同时那些主机已从此 MAC 地址迁移。这是通过使用下面的两个计时器实现的（in the event the AVF fails, one of the secondary virtual forwarders in the Listen state assumes responsibility for the virtual MAC address. However, because the new AVF is already a forwarder using another virtual MAC address, GLBP needs to ensure that the old forwarder MAC address ceases being used and hosts are migrated away from this address. This is archived using the following two timers）：

  • 重定向计时器，the redirect timer

  • 超时计时器，the timeout timer

重定向时间是指在活动虚拟网关持续将主机重新到原有该虚拟转发器 MAC 地址的间隔。在此计时器超时后，活动虚拟网关就在 ARP 应答中停止使用原有的虚拟转发器 MAC 地址了，就算该虚拟转发器仍将持续发送到原有虚拟转发器 MAC 地址的数据包（the redirect time is the interval during which the AVG continues to redirect hosts to the old virtual forwarder MAC address. When this timer expires, the AVG stops using the old virtual forwarder MAC address in ARP replies, although the virtual forwarder will continue to forward packets that were sent to the old virtual forwarder MAC address）。

而在超时计时器超时后，该虚拟转发器就被从该 GLBP 组的所有网关中移除。那些仍在使用 ARP 缓存中原有 MAC 地址的客户端，就必须刷新此项项目，以获取到新的虚拟 MAC 地址。 GLBP 使用 Hello 报文，来就这两个计时器的当前状态进行通信（when the timeout timer expires, the virtual forwarder is removed from all gateways in the GLBP group. Any clients still using the old MAC address in their ARP caches must refresh the entry to obtain the new virtual MAC address. GLBP uses Hello messages to communicate the current state of these two timers）。

GLBP的负载抢占

GLBP抢占默认是关闭的，也就是说仅在当前活动虚拟网关失效时，备份虚拟网关才能成为活动虚拟网关，这与分配给那些虚拟网关的优先级无关。这种运作方式，与 HSRP 中用到的类似。

思科 IOS 软件允许管理员开启 GLBP 的抢占特性，这就令到在备份虚拟网关被指派了一个比当前活动虚拟网关更高的优先级值时，成为活动虚拟网关。默认 GLBP 的虚拟转发器抢占性方案是开启的，有一个 30 秒的延迟（By default, the GLBP virtual forwarder preemptive scheme is enabled with a delay of 30 seconds）。但这个延迟可由管理员手动调整。

GLBP的权重

GLBP Weighting

GLBP采用了一种权重方案（a weighting scheme），来确定 GLBP 组中各台网关的转发容量。指派给 GLBP 组中某台网关的权重，可用于确定其是否要转发数据包，因此就可以依比例来确定该网关所要转发的 LAN 中主机的数据包了（the weighting assigned to a gateway in the GLBP group can be used to determine whether it will forward packets and, if so, the proportion of hosts in the LAN for which it will forward packets）。

每台网关都默认指派了 100 的权重。管理员可通过配置结合了 GLBP 的对象跟踪，比如接口及 IP 前缀跟踪，来进一步将网关配置为动态权重调整。在某个接口失效时，权重就被动态地降低一个指定数值，如此令到那些有着更高权重值的网关，用于转发比那些有着更低权重值的网关更多的流量。

此外，在某个 GLBP 组（成员）的权重降低到某个值时，还可设置一个阈值，用于关闭数据包的转发，且在权重值上升到另一与之时，又可自动开启转发。在当前活动虚拟转发器的权重掉到低权重阈值 30 秒时，备份虚拟转发器将成为活动虚拟转发器。

GLBP负载共同分担

GLBP Load Sharing

GLBP支持以下三种方式的负载分担：

  • 有赖于主机的，Host-dependent

  • 轮转调度的，Round-robin

  • 加权的，Weighted

在有赖于主机的负载共担下，生成虚拟路由器地址 ARP 请求的各台客户端，总是会在响应中收到同样的虚拟 MAC 地址。此方式为客户端提供了一致的网关 MAC 地址。

而轮询的负载共担机制，将流量平均地分发到组中作为活动虚拟转发器的所有网关（the round-robin load-sharing mechanism distributes the traffic evenly across all gateways participating as AVFs in the group）。这是默认的负载分担机制。

加权的负载分担机制，使用权重值来确定发送到某个特定 AVF 的流量比例。较高的权重值会带来更频繁的包含那台网关虚拟 MAC 地址的 ARP 响应。

GLBP的客户端缓存

GLBP的客户端缓存，包含了使用到某个 GLBP 组作为默认网关的那些网络主机的信息。此缓存项目包含了关于发送了IPv4 ARP或IPv6 邻居发现（Neighbor Discovery, ND）请求主机，以及 AVG 指派了哪个转发器给它的信息，还有每台网络主机已被分配的 GLBP 转发器的编号，和当前分配给 GLBP 组中各台转发器的网络主机总数。

可以开启某个 GLBP 组的活动虚拟网关，来存储一个使用到此 GLBP 组的所有 LAN 客户端的客户端缓存数据库（a client cache database）。客户端缓存数据库最多可以存储 2000 个条目，但建议条目数不要超过 1000 。同时 GLBP 缓存的配置，是超出 CCNA 考试要求的，此特性可使用命令glbp client-cache进行配置，使用命令show glbp detail进行验证。

在网关上配置GLBP

在网关上配置 GLBP ，需要以下步骤：

  1. 使用接口配置命令ip address [address] [mask] [secondary]，为网关接口配置正确的 IP 地址与子网掩码。

  2. 通过接口配置命令glbp [number] ip [virtual address] [secondary], 在网关接口上建立一个 GLBP 组，并给该组指派上虚拟 IP 地址。关键字[secondary]将该虚拟 IP 地址配置为指定组的第二网关地址。

  3. 作为可选项，可通过接口配置命令glbp [number] name [name]，为该 GLBP 组指派一个名称。

  4. 作为可选项，如打算对活动虚拟网关的选举进行控制，就要通过接口配置命令glbp [number] priority [value]，配置该组的优先级。

本小节中的 GLBP 示例，将基于下图34.26的网络：

GLBP配置示例的拓扑

图 34.26 -- GLBP配置示例的拓扑

注意： 这里假定在VTP-Server-1与VTP-Server-2之间的 VLAN 与中继已有配置妥当，同时交换机之间可以经由VLAN192 ping通。为简短起见，这些配置已在配置示例中省略。

VTP-Server-1(config)#interface vlan192
VTP-Server-1(config-if)#glbp 1 ip 192.168.1.254
VTP-Server-1(config-if)#glbp 1 priority 110
VTP-Server-1(config-if)#exit
VTP-Server-2(config)#interface vlan192
VTP-Server-2(config-if)#glbp 1 ip 192.168.1.254
VTP-Server-2(config-if)#exit
VTP-Server-3(config)#interface vlan192
VTP-Server-3(config-if)#glbp 1 ip 192.168.1.254
VTP-Server-3(config-if)#exit
VTP-Server-4(config)#interface vlan192
VTP-Server-4(config-if)#glbp 1 ip 192.168.1.254
VTP-Server-4(config-if)#exit

一旦该 GLBP 组已被配置，就可使用命令show glbp brief来查看该 GLBP 配置的摘要信息了，如同下面的输出所示：

VTP-Server-1#show glbp brief
Interface   Grp  Fwd Pri State      Address         Active router   Standby router
Vl192       1    -   110 Active     192.168.1.254   local           192.168.1.4
Vl192       1    1   -   Active     0007.b400.0101  local           -
Vl192       1    2   -   Listen     0007.b400.0102  192.168.1.2     -
Vl192       1    3   -   Listen     0007.b400.0103  192.168.1.3     -
Vl192       1    4   -   Listen     0007.b400.0104  192.168.1.4     -

VTP-Server-2#show glbp brief
Interface   Grp  Fwd Pri State      Address         Active router   Standby router
Vl192       1    -   100 Listen     192.168.1.254   192.168.1.1     192.168.1.4
Vl192       1    1   -   Listen     0007.b400.0101  192.168.1.1     -
Vl192       1    2   -   Active     0007.b400.0102  local           -
Vl192       1    3   -   Listen     0007.b400.0103  192.168.1.3     -
Vl192       1    4   -   Listen     0007.b400.0104  192.168.1.4     -

VTP-Server-3#show glbp brief
Interface   Grp  Fwd Pri State      Address         Active router   Standby router
Vl192       1    -   100 Listen     192.168.1.254   192.168.1.1     192.168.1.4
Vl192       1    1   -   Listen     0007.b400.0101  192.168.1.1     -
Vl192       1    2   -   Listen     0007.b400.0102  192.168.1.2     -
Vl192       1    3   -   Active     0007.b400.0103  local           -
Vl192       1    4   -   Listen     0007.b400.0104  192.168.1.4     -

VTP-Server-4#show glbp brief
Interface   Grp  Fwd Pri State      Address         Active router   Standby router
Vl192       1    -   100 Standby    192.168.1.254   192.168.1.1     local
Vl192       1    1   -   Listen     0007.b400.0101  192.168.1.1     -
Vl192       1    2   -   Listen     0007.b400.0102  192.168.1.2     -
Vl192       1    3   -   Listen     0007.b400.0103  192.168.1.3     -
Vl192       1    4   -   Active     0007.b400.0104  local           -

从上面的输出可以看出，基于VTP-Server-1（192.168.1.1）有着优先级值110, 该值高于所有其它网关的优先级值，而已被选举作为活动虚拟网关。网关VTP-Server-4（192.168.1.4）, 由于有着剩下三台网关中最高的 IP 地址，而就算这三台网关有着同样的优先级值，被选举作备份虚拟网关。因此网关VTP-Server-2与VTP-Server-3都被置于侦听状态了。

命令show glbp将有关该 GLBP 组状态的详细信息打印了出来，下面对此命令的输出进行了演示：

VTP-Server-1#show glbp
Vlan192 - Group 1
    State is Active
        2 state changes, last state change 02:52:22
    Virtual IP address is 192.168.1.254
    Hello time 3 sec, hold time 10 sec
        Next hello sent in 1.465 secs
    Redirect time 600 sec, forwarder time-out 14400 sec
    Preemption disabled
    Active is local
    Standby is 192.168.1.4, priority 100 (expires in 9.619 sec)
    Priority 110 (configured)
    Weighting 100 (default 100), thresholds: lower 1, upper 100
    Load balancing: round-robin
    Group members:
        0004.c16f.8741 (192.168.1.3)
        000c.cea7.f3a0 (192.168.1.2)
        0013.1986.0a20 (192.168.1.1) local
        0030.803f.ea81 (192.168.1.4)
    There are 4 forwarders (1 active)
    Forwarder 1
        State is Active
            1 state change, last state change 02:52:12
        MAC address is 0007.b400.0101 (default)
        Owner ID is 0013.1986.0a20
        Redirection enabled
        Preemption enabled, min delay 30 sec
        Active is local, weighting 100
    Forwarder 2
        State is Listen
        MAC address is 0007.b400.0102 (learnt)
        Owner ID is 000c.cea7.f3a0
        Redirection enabled, 599.299 sec remaining (maximum 600 sec)
        Time to live: 14399.299 sec (maximum 14400 sec)
        Preemption enabled, min delay 30 sec
        Active is 192.168.1.2 (primary), weighting 100 (expires in 9.295 sec)
    Forwarder 3
        State is Listen
        MAC address is 0007.b400.0103 (learnt)
        Owner ID is 0004.c16f.8741
        Redirection enabled, 599.519 sec remaining (maximum 600 sec)
        Time to live: 14399.519 sec (maximum 14400 sec)
        Preemption enabled, min delay 30 sec
        Active is 192.168.1.3 (primary), weighting 100 (expires in 9.515 sec)
    Forwarder 4
        State is Listen
        MAC address is 0007.b400.0104 (learnt)
        Owner ID is 0030.803f.ea81
        Redirection enabled, 598.514 sec remaining (maximum 600 sec)
        Time to live: 14398.514 sec (maximum 14400 sec)
        Preemption enabled, min delay 30 sec
        Active is 192.168.1.4 (primary), weighting 100 (expires in 8.510 sec)

当在活动虚拟网关上执行时，命令show glbp除了展示其它内容外，还会给出备份虚拟网关的地址和组中所有活动虚拟转发器的数目，以及由活动虚拟网关所指派给这些活动虚拟转发器的状态。同时还显示了各台活动虚拟转发器的虚拟 MAC 地址。

第 34 天问题

  1. Name two FHRP protocols that are Cisco proprietary.
  2. Name the open standard FHRP protocol.
  3. By default, when HSRP is enabled in Cisco IOS software, version 1 is enabled. True or false?
  4. Which Multicast address does HSRP version 2 use to send Hello packets?
  5. HSRP version 1 group numbers are restricted to the range of 0 to 255, whereas the version 2 group numbers have been extended from 0 to 4095. True or false?
  6. Which parameter can be adjusted in order to influence the HSRP primary gateway election?
  7. How does HSRP interface tracking influence the primary gateway election process?
  8. Which command can you use to configure an HSRP address on an interface?
  9. Just like HSRP, VRRP has the option of allowing the gateway to use the BIA or a statically configured address as the MAC address for VRRP groups. True or false?
  10. Which command can you use to configure a GLBP group IP address on a router interface?

第 34 天问题答案

  1. HSRP and GLBP.
  2. VRRP.
  3. True.
  4. 224.0.0.102.
  5. True.
  6. HSRP priority.
  7. It modifies HSRP priority based on interface status.
  8. The standby [number] ip [virtual address] command.
  9. False.
  10. The glbp [number] ip [virtual address] command.

第 34 天实验

HSRP实验

在包含了两台直连路由器的场景中（也就是Fa0/0连接到Fa0/0），对本课程模块中有解释的那些命令进行测试。这两天应都经由比如端口Fa0/1，连接到一台交换机。便在交换机上连接一台工作站（ workstation ）。

  • 在两台路由器上配置某种一致的 IP 分址方案（configure a consistent IP addressing scheme on the two routers），比如192.168.0.1/24与192.168.0.2/24

  • 使用地址192.168.0.10，在面向 LAN 的接口上配置HSRP 10（configure HSRP 10 on LAN-facing interfaces）

  • 将该 HSRP 组命名为CCNA

  • 使用命令standby 10 priority 110, 来对主 HSRP 网关的选举进行控制

  • 使用命令show standby [brief]，对 HSRP 配置进行验证

  • 在两台路由器都配置上 HSRP 抢占

  • 关闭Router 1，观察Router 2如何成为主路由器

  • 重启Router 1，并观察其如何因为开启了抢占，而再度成为主路由器

  • 将工作站的 IP 地址配置为192.168.0.100/24, 网关地址为192.168.0.10; 并从该工作站对网关进行ping操作

  • 配置接口跟踪：使用命令standby 10 track [int number]对路由器上的一个未使用接口进行跟踪; 将该接口循环置于不同根状态，进而对基于该接口状态，而发生的相应路由器优先级变化进行观察。

  • 使用命令standby version 2，配置上 HSRP 版本2

  • 通过命令standby 10 timers x y，在两台路由器上对不同 HSRP 计时器进行修改

  • 在两台路由器之间配置 MD5 的 HSRP 验证

  • 在一台路由器的主网关状态变化时，使用命令debug standby对 HSRP 进行调试，从而观察另一台是如何被选举为主网关的

VRRP实验

重复上一实验，但这次在适用的命令改变下，用 VRRP 代替 HSRP （repeat the previous lab but this time using VRRP instead of HSRP, with the applicable command changes）。

GLBP实验

重复第一个实验，在适用的命令改变下，用 GLBP 代替 HSRP 。在两台路由器上使用glbp 10 load-balancing round-robin命令，配置 GLBP 的负载共担，并观察 LAN 中流量是如何同时到达两台路由器的。

访问www.in60days.com, 看看作者是怎样完成此实验的。

Last change: 2024-07-29, commit: 0dcc04c