第五章：VRRP和HSRP的网关冗余配置与管理

一、HRSP

1、简介

在骨干网的设备连接中，单一的设备容易出现故障造成网络的中断，可靠性较差，如图所示，如果核心交换机出现问题，不能正常工作，会影响整个网络的通信，因为整个网络的数据转发是通过核心交换机实现。引擎故障、电源故障等都可能引起设备故障。为了提高网络的可靠性，避免单点故障，可以用引擎冗余、添加备用设备或线缆的方式来保证网络的可靠性和稳定性，如图所示，添加设备设置网关冗余。

当PC的数据需要转发至其他网段时，需要通过网关进行发的，而网关通过位于距离PC机最近的三层设备，如果网关出现故障，即三层设备出现故障时，就会影响网络之间的通信。

2、网关冗余主流解决方案

（1）HSRP（Host StandbyRouting Protocol）：热备份路由协议，属于思科私有协议。

（2）VRRP（Virtual RouterRedundancy Protocol）：虚拟路由冗余协议，属于IEEE制定。此协议除了实现细节上与HSRP有区别，实现原理及过程与HSRP基本相同。

3、HRSP路由器分类

多台路由器构成一个“热备份组”，形成一个虚拟路由器。

根据路由器的状态可分为：

☻活跃路由器

主要负责转发客户端发送到虚拟路由器上的数据包。活跃路由器通过发送Hello消息来承担和保持它活跃的角色。它是在HSRP选举过程中优先级最高的三层设备，即主网关。一组运行HSRP协议的设备上只有一台活跃路由器。

☻备份路由器

监视HSRP组中路由器的状态，如果活跃路由器出现故障，就立即承担起转发数据包的责任。备份路由器也发送Hello消息，告诉组中其他成员备份路由器的角色和状态变化。它是在HSRP选举过程中优先级次高的三层设备，即备份网关。

☻虚拟路由器

PC机的网关，有自己的虚拟IP地址和MAC地址，并不是真正的设备，它向客户端提供可以连续工作的路由器，但实际不转发数据包，数据包主要是活跃路由器进行转发。对于用户来说，整个HSRP组就是一台虚拟路由器，用户端的数据发往虚拟路由器。

☻监控路由器

监视HELLO消息，但不应答，这些路由器转发经由他们的数据包，但不转发虚拟路由器的数据包。在一组运行HSRP协议的三层设备中，如果设备数量超出两台，多余的就会成为监控路由器，只有当活跃路由器和备份路由器都出现故障时，监控路由器会成为新的活跃路由器或备份路由器。实际工程中使用监控路由器的情况较少。

4、工作原理

HSRP组中的每个路由器都有自己的优先级，可以作为选择活跃路由器的衡量值，Cisco路由器优先级默认值为100，取值范围为0-255，组中优先级最高的将被选为活跃路由器，次高的为备份路由器。如果优先级相同，接口IP地址大的路由器当选。如果在HSRP组内，除了活跃路由器和备份路由器，还有其他的路由器，它们会监听活跃路由器和备份路由器的状态，以实现更强的容错能力。

为了减少网络上的数据流量，在完成活跃路由器及备份路由器的设置后，只有活跃路由器和备份路由器发送HSRP消息。当活跃路由器出现故障失效时，备份路由器会成为新的活跃路由器。当备份路由器失效或者成为活跃路由器，其他路由器将被选为备份路由器。

在HSRP组中，指定一个虚拟IP地址作为网络的网关地址。运行HSRP的路由器发送和接收基于UDP的组播Hello消息来确定活跃路由器和备份路由器,检测路由器是否失效。活跃路由器选定后，将代替虚拟路由器对数据进行响应。如果主机发送数据到虚拟路由器的MAC地址，活跃路由器将接收并处理数据。如果主机向虚拟路由器的虚拟IP地址发送ARP解析请求，活跃路由器将使用虚拟MAC地址进行应答。如果活跃路由器在保持时间内没有发送一个Hello包，具有最高优先级的备份路由器将成为新的活跃路由器，网络中所有主机的数据通信将发送给新的活跃路由器。

二、VRRP

在VRRP协议中定义了路由器的三种状态：

初始状态（Initialize）

主状态（Master）

备份状态（Backup）

vrrp跟hrsp原来差不多，这里就不过多解释，给大家看看vrrp代码命令吧

三、单组HSRP配置

1、任务

网络中只有一个网段192.168.1.0/24，两台路由器通过HSRP配置网关备份，R1作为活跃路由器，端口Fa0/0地址192.168.1.1，R2作为备份路由器，端口Fa0/0地址192.168.1.2，PC的网关为192.168.1.254。

2、拓扑图

3、代码

（1）R1

Router>en
Router#conf t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Router(config)#hostname R1
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0
R1(config-if)#standby 1 ip 192.168.1.254                   //配置HSRP
R1(config-if)#standby 1 priority 120
R1(config-if)#standby 1 preempt 
R1(config-if)#no shutdown R1(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, changed state to upR1(config-if)#exit

（2）R2

Router>en
Router#conf t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Router(config)#hostname R2
R2(config)#int f0/0
R2(config-if)#ip add 192.168.1.2 255.255.255.0
R2(config-if)#standby 1 ip 192.168.1.254
R2(config-if)#standby 1 preempt 
R2(config-if)#no shutdown R2(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, changed state to upR2(config-if)#exit

4、测试

R1#show standby brief                             //查看HRSP配置P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Fa0/0       1    120 P Active   local           192.168.1.2     192.168.1.254  
//组号为1，优先级120，状态活跃，活跃路由器为local，备份路由器为192.168.1.2.虚拟IP为192.168.1.254

R2#show standby brief                        //查看HRSP配置P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Fa0/0       1    100 P Standby  192.168.1.1     local           192.168.1.254  
//组号为1，优先级为100，状态备份，活跃路由器为192.168.1.1，备份路由器为local，虚拟IP为192.168.1.254

这里把R1路由器的F0/0接口断掉，看看R2会变成啥样

R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#shut

R2#show standby brief P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Fa0/0       1    100 P Active   local           unknown         192.168.1.254

从这里可以看出R2已经变成活跃路由器了，PC和网关通信可能会暂时超时，之后任然可以与网关通信。

四、多组HSRP配置

1、任务

销售部和人事部分别使用VLAN10（10.1.1.0/24）和VLAN20(10.1.2.0/24)，两台三层交换机通过HSRP配置网关备份,三层交换机SW1作为VLAN10的主网关、VLAN20的备份网关，三层交换机SW2作为VLAN10的备份网关、VLAN20的主网关。VLAN10的虚拟IP是10.1.1.254，VLAN20的虚拟IP是10.1.2.254。

2、拓扑图

3、代码

（1）SW1

创建vlan及vlan地址配置
Switch>en
Switch#vlan database 
% Warning: It is recommended to configure VLAN from config mode,as VLAN database mode is being deprecated. Please consult userdocumentation for configuring VTP/VLAN in config mode.Switch(vlan)#vlan 10
VLAN 10 added:Name: VLAN0010
Switch(vlan)#vlan 20
VLAN 20 added:Name: VLAN0020
Switch(vlan)#exit
APPLY completed.
Exiting....
Switch#conf t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Switch(config)#hostname SW1
SW1(config)#int vlan 10
SW1(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan10, changed state to upSW1(config-if)#ip add 10.1.1.1 255.255.255.0
SW1(config-if)#exit
SW1(config)#int vlan 20
SW1(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan20, changed state to upSW1(config-if)#ip add 10.1.2.1 255.255.255.0
SW1(config-if)#exit
SW1(config)#ip routingTrunk链路配置
SW1(config)#int f0/1
SW1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q 
SW1(config-if)#switchport mode trunk SW1(config-if)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan10, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan20, changed state to upSW1(config-if)#switchport trunk all vlan all
SW1(config-if)#no shut
SW1(config-if)#exitHSRP配置
SW1(config)#int vlan 10
SW1(config-if)#standby 10 ip 10.1.1.254 
SW1(config-if)#standby 10 priority 120
SW1(config-if)#standby 10 preempt 
SW1(config-if)#exit
%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan10 Grp 10 state Speak -> Standby%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan10 Grp 10 state Standby -> ActiveSW1(config)#int vlan 20
SW1(config-if)#standby 20 ip 10.1.2.254
SW1(config-if)#standby 20 preempt 
SW1(config-if)#exit

（2）SW2

创建vlan及vlan地址配置
Switch>en
Switch#vlan database 
% Warning: It is recommended to configure VLAN from config mode,as VLAN database mode is being deprecated. Please consult userdocumentation for configuring VTP/VLAN in config mode.Switch(vlan)#vlan 10
VLAN 10 added:Name: VLAN0010
Switch(vlan)#vlan 20
VLAN 20 added:Name: VLAN0020
Switch(vlan)#exit
APPLY completed.
Exiting....
Switch#conf t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Switch(config)#hostname SW2
SW2(config)#int vlan 10
SW2(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan10, changed state to upSW2(config-if)#ip add 10.1.1.2 255.255.255.0
SW2(config-if)#exit
SW2(config)#int vlan 20
SW2(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan20, changed state to upSW2(config-if)#ip add 10.1.2.2 255.255.255.0
SW2(config-if)#exit
SW2(config)#ip routingTrunk链路配置
SW2(config)#int f0/1
SW2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q 
SW2(config-if)#switchport mode trunk SW2(config-if)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan10, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan20, changed state to upSW2(config-if)#switchport trunk all vlan all
SW2(config-if)#no shut
SW2(config-if)#exitHRSP配置
SW2(config)#int vlan 10
SW2(config-if)#standby 10 ip 10.1.1.254
SW2(config-if)#standby 10 preempt 
SW2(config-if)#exit
SW2(config)#int vlan 20
SW2(config-if)#standby 20 ip 10.1.2.254
%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan10 Grp 10 state Speak -> Standby
SW2(config-if)#standby 20 priority 120
SW2(config-if)#standby 20 preempt
SW2(config-if)#
%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan20 Grp 20 state Standby -> ActiveSW2(config-if)#exit

（3）二层交换机

Switch>en
Switch#conf t
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.
Switch(config)#vlan 10
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#vlan 20
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#Trunk和access链路配置
Switch(config)#int range f0/1-2
Switch(config-if-range)#switchport mode trunk 
Switch(config-if-range)#switchport trunk all vlan all
Switch(config-if-range)#exit
Switch(config)#int f0/3
Switch(config-if)#switchport mode access 
Switch(config-if)#switchport access vlan 10
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int f0/4
Switch(config-if)#switchport mode access 
Switch(config-if)#switchport access vlan 20
Switch(config-if)#exit

4、测试

SW1#show standby brief P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Vl10        10   120 P Active   local           10.1.1.2        10.1.1.254     
Vl20        20   100 P Standby  10.1.2.2        local           10.1.2.254

SW2#show standby brief P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Vl10        10   100 P Standby  10.1.1.1        local           10.1.1.254     
Vl20        20   120 P Active   local           10.1.2.1        10.1.2.254

五、HSRP上行链路跟踪

1、任务

1.本局域网有2个VLAN，生产业务VLAN10，办公业务VLAN20；

2. 为防止二层环路，需全网运行STP，将SW1部署为VLAN10的根网桥、VLAN20的备份根网桥，SW2部署为VLAN20的根网桥、VLAN10的备份根网桥，并将所有PC端接口配置为portfast端口；

3. 部署HSRP为内部VLAN提供网关备份，将SW1部署为VLAN10的主网关、VLAN20的备份网关，SW2部署为VLAN20的主网关、VLAN10的备份网关，实现负载均衡；

4. VLAN10、VLAN20的虚拟网关地址分别为192.168.10.1、192.168.20.1；

5. 要求VLAN10和VLAN20的主网关跟踪上行链路；

6. 切断上行链路，测试HSRP主备网关倒换。

2、拓扑图

3、代码

这里给大家配置思路

（1）先在SW1、SW2、SW3上创建vlan

（这里只给出了SW1的代码，大家自行完成SW2和SW3的vlan配置）

Switch>en
Switch#vlan database 
% Warning: It is recommended to configure VLAN from config mode,as VLAN database mode is being deprecated. Please consult userdocumentation for configuring VTP/VLAN in config mode.Switch(vlan)#vlan 10
VLAN 10 added:Name: VLAN0010
Switch(vlan)#vlan 20
VLAN 20 added:Name: VLAN0020
Switch(vlan)#exit
APPLY completed.
Exiting....

（2）生成树配置

SW1(config)#spanning-tree vlan 10 priority 0       //配置为根交换机
SW1(config)#spanning-tree vlan 20 priority 4096    //配置为备份根交换机SW2(config)#spanning-tree vlan 10 priority 4096    //配置为备份根交换机
SW2(config)#spanning-tree vlan 20 priority 0       //配置为根交换机

（3） Trunk链路和Access链路配置

SW1(config)#int range f0/2-3
SW1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q 
SW1(config-if-range)#switchport mode trunk SW1(config-if-range)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/2, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to upSW1(config-if-range)#switchport trunk all vlan all
SW1(config-if-range)#no shut
SW1(config-if-range)#exitSW2(config)#int range f0/2-3
SW2(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q 
SW2(config-if-range)#switchport mode trunk SW2(config-if-range)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to upSW2(config-if-range)#switchport trunk all vlan all
SW2(config-if-range)#no shut
SW2(config-if-range)#exitSW3(config)#int range f0/1-2
SW3(config-if-range)#switchport mode trunk 
SW3(config-if-range)#switchport trunk  all vlan all
SW3(config-if-range)#no shut
SW3(config-if-range)#exit
SW3(config)#int f0/3
SW3(config-if)#switchport mode access 
SW3(config-if)#switchport access vlan 10
SW3(config-if)#exit
SW3(config)#int f0/4
SW3(config-if)#switchport mode access 
SW3(config-if)#switchport access vlan 20
SW3(config-if)#exit

（4）端口IP地址配置

1、SW1和RT1上行链路IP地址配置
PT1(config)#int f0/0
PT1(config-if)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.252
PT1(config-if)#no shutPT1(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, changed state to upPT1(config-if)#exitSW1(config)#int f0/1
SW1(config-if)#no switchport 
SW1(config-if)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to upSW1(config-if)#ip add 192.168.1.2 255.255.255.252
SW1(config-if)#no shut
SW1(config-if)#exit2、SW2和RT2上行链路IP地址配置
RT2(config)#int f0/0
RT2(config-if)#ip add 192.168.1.5 255.255.255.252
RT2(config-if)#no shutRT2(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface FastEthernet0/0, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/0, changed state to upRT2(config-if)#exitSW2(config)#int f0/1
SW2(config-if)#no switchport 
SW2(config-if)#
%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to upSW2(config-if)#ip add 192.168.1.6 255.255.255.252
SW2(config-if)#no shut
SW2(config-if)#exit

（5）VLAN地址配置

SW1(config)#int vlan 10
SW1(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan10, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan10, changed state to upSW1(config-if)#ip add 192.168.10.3 255.255.255.0
SW1(config-if)#exit
SW1(config)#int vlan 20
SW1(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan20, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan20, changed state to upSW1(config-if)#ip add 192.168.20.3 255.255.255.0
SW1(config-if)#exitSW2(config)#int vlan 10
SW2(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan10, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan10, changed state to upSW2(config-if)#ip add 192.168.10.4 255.255.255.0
SW2(config-if)#exit
SW2(config)#int vlan 20
SW2(config-if)#
%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan20, changed state to up%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan20, changed state to upSW2(config-if)#ip add 192.168.20.4 255.255.255.0
SW2(config-if)#exit

（6）HSRP和上行链路跟踪配置

（1）交换机SW1的HSRP和上行链路跟踪配置
SW1(config)#int vlan 10
SW1(config-if)#standby 10 ip 192.168.10.1     //配置组10的虚拟IP地址
SW1(config-if)#standby 10 priority 105        //配置组10的优先级为105
SW1(config-if)#standby 10 preempt             //配置组10的抢占
SW1(config-if)#standby 10 track f0/1          //配置组10上行链路，其优先级默认减少值为10
SW1(config-if)#exit
SW1(config)#int vlan 20
SW1(config-if)#standby 20 ip 192.168.20.1
SW1(config-if)#standby 20 preempt 
%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan10 Grp 10 state Speak -> Standby%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan10 Grp 10 state Standby -> ActiveSW1(config-if)#exit（2）交换机SW2的HSRP和上行链路跟踪配置
SW2(config)#int vlan 10
SW2(config-if)#standby 10 ip 192.168.10.1
SW2(config-if)#standby 10 preempt 
SW2(config-if)#exit
SW2(config)#int vlan 20
SW2(config-if)#standby 20 ip 192.168.20.1
%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan10 Grp 10 state Speak -> StandbySW2(config-if)#standby 20 priority 105
SW2(config-if)#standby 20 preempt 
SW2(config-if)#stan
%HSRP-6-STATECHANGE: Vlan20 Grp 20 state Standby -> ActiveSW2(config-if)#standby 20 track f0/1
SW2(config-if)#exit

4、测试

SW1#show standby brief                   //查看SW1的HSRP配置信息P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Vl10        10   105 P Active   local           192.168.10.4    192.168.10.1   
Vl20        20   100 P Standby  192.168.20.4    local           192.168.20.1

SW2#show standby brief                        //查看SW2的HSRP配置信息P indicates configured to preempt.|
Interface   Grp  Pri P State    Active          Standby         Virtual IP
Vl10        10   100 P Standby  192.168.10.3    local           192.168.10.1   
Vl20        20   105 P Active   local           192.168.20.3    192.168.20.1

由以上信息可以得知，SW1为vlan10的主网关，vlan20的备份网关；SW2为vlan20的主网关，vlan10的备份网关。

大家可以去试试HSRP主备网关倒换测试看看有什么不一样的地方