通常情況下，在終端設備進入網絡前，都會有一個 Router 充當網絡，作爲第一跳的網絡地址。但假設路由器發生故障，此時終端設備就無法再接入互聯網。
爲了防止這樣的問題，一般會再加入一臺路由器充當備份。但此時就出現一個問題，網關地址配這兩個路由器中的那個？
於是 FHRP 協議出現，可以將多個路由器虛擬成一個路由器提供服務，當提供服務的路由器發生故障時，會自動切換到另一臺上。
FHRP 是這類路由協議的統稱，常見路由協議如下：
- HSRP 協議，Cisco 私有協議。
- VRRP 協議，公有協議。
HSRP
HRSP 熱備份冗餘協議，是 CISCO 私有協議，用於解決網關的備份問題。
能夠在不改變組網的情況下，將多臺路由器虛擬成一個虛擬路由器。
HRSP 角色
HRSP 組：由多個 HRSP 路由器組成，屬於同一個 HSRP 組，組內的路由器會交換信息，每個組由唯一 ID 指定。經過選舉會推選出 Active 路由器和 Standby 路由器。
HSRP 虛擬路由：對每個 HSRP 組，抽象出的虛擬路由器。作爲我拿過來。具有虛擬 IP 和 MAC。虛擬出來的 IP 作爲網關地址。
Active 路由器：HSRP 中實際轉發數據包的路由器，每個 HRSP 組中，僅有一個 active 路由器，並綁定虛擬 IP，用於響應請求。
Stand by 路由器：在 HSRP 組中，處於監聽狀態的路由器，當 Active 路由器出現問題時，接替工作。
HSRP 選舉過程
- 處於同一 HRSP 組的路由器會向組播地址 224.0.0.2 發送 Hello 報文，使用 UDP 1985 端口。
- 然後⽐較 Hello 報⽂中的優先級，擁有最⾼優先級（默認爲100，範圍爲1~255）的設備將成爲活動路由器。
- 最後優先級⼀樣則⽐較接⼝ IP 地址，選⼤的。
HSRP狀態
-
Initial：初始化狀態，當接⼝UP的時候或某些配置變更時
-
Listen：路由器已獲知虛擬IP，開始偵聽其他同組HSRP路由器的Hello消息
-
Speak：發送週期的Hello同時參與Active/Standby路由器的選舉
-
Standby：成爲Standby路由器，同時週期性的發送Hello，持續偵聽Active路由器的Hello消息以便在其失效後接替其位置
-
Active：成爲Active路由器，響應PC對於虛擬IP的ARP請求，同時週期性發送Hello消息以宣告⾃⼰的存活狀態
HSRP 版本
| HSRPV1 | HSRPV2 |
|---|---|
| IPv4 | HSRPv4/v6 |
| Group numbers 0 - 255 | Group numbers 0 -4095 |
| Virtual MAC: 0000:0C07:ACxx (xx 來源 HSRP 組) | Virtual MAC: 0000:0C9F:Fxxx (xxx 來源 HSRP 組) |
| 廣播地址：224.0.0.2 | 廣播地址：224.0.0.102 |
HSRP 特性
- 在 Active 路由器中負責分發虛擬 IP 和 MAC
- Active 路由器會每三秒給 Standby 路由器發送 Hello 報文，如果 10s 未發送，Standby 會成爲 Master 宣告 Active 路由器死亡。
- 支持開啓搶佔功能，默認未開啓，開啓後，可配置立即搶佔和延時搶佔。
- 支持追蹤功能，用於檢測當某個接口或路由條目丟失時，降低其 HSRP 優先級。
- 每個接口最多支持 255 個 HSRP 組，可在一定意義上實現負載。
- HSRP 支持明文和 MD5 認證。
HSRP 實驗1
將 R1 和 R2 配置 HRSP 協議，down 掉 R1，網絡依然正常。
# R1
inter Eth0/0
standby 1 ip 192.168.1.254
standby 1 priority 120
show standby
# R2
inter Eth0/0
standby 1 192.168.1.254
standby 1 priority 100
HSRP 實驗2
準備工作 1 - 4：
# PC 5: IP 網關
VPC5> ip 10.1.1.1/24 10.1.1.251
# PC 6：
VPC6> ip 20.1.1.1/24 20.1.1.252
# SW3：
vlan 10,20
!
hostname SW3
!
interface Ethernet0/0
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/2
switchport access vlan 10
switchport mode access
!
interface Ethernet0/3
switchport access vlan 20
switchport mode access
!
# SW1
vlan 10,20
ip routing
!
hostname SW1
!
interface Ethernet0/0
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/2
no switchport
ip address 100.1.1.1 255.255.255.0
!
interface Vlan10
ip address 10.1.1.251 255.255.255.0
!
interface Vlan20
ip address 20.1.1.251 255.255.255.0
!
router eigrp 1
network 100.1.1.0 0.0.0.255
network 10.1.1.251 0.0.0.255
network 20.1.1.251 0.0.0.255
!
# SW2
vlan 10,20
ip routing
!
hostname SW2
!
interface Ethernet0/0
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/1
switchport trunk encapsulation dot1q
switchport mode trunk
!
interface Ethernet0/2
no switchport
ip address 200.1.1.1 255.255.255.0
!
interface Vlan10
ip address 10.1.1.252 255.255.255.0
!
interface Vlan20
ip address 20.1.1.252 255.255.255.0
!
!
router eigrp 1
network 200.1.1.0 0.0.0.255
network 10.1.1.252 0.0.0.255
network 20.1.1.252 0.0.0.255
!
# Router
!
hostname R1
!
interface Loopback0
ip address 1.1.1.1 255.255.255.0
!
interface Ethernet0/0
ip address 100.1.1.2 255.255.255.0
duplex auto
!
interface Ethernet0/1
ip address 200.1.1.2 255.255.255.0
duplex auto
!
router eigrp 1
network 1.1.1.1 0.0.0.0
network 100.1.1.0 0.0.0.255
network 200.1.1.0
!
配置成功後，PC 5 可以 ping 通 PC6.
並且可以在 SW1 或 2 看到如下的路由信息：
SW2#show ip route
Codes: L - local, C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2
ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route
o - ODR, P - periodic downloaded static route, H - NHRP, l - LISP
a - application route
+ - replicated route, % - next hop override, p - overrides from PfR
Gateway of last resort is not set
1.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
D 1.1.1.0 [90/409600] via 200.1.1.2, 00:31:52, Ethernet0/2
10.0.0.0/8 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C 10.1.1.0/24 is directly connected, Vlan10
L 10.1.1.252/32 is directly connected, Vlan10
20.0.0.0/8 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C 20.1.1.0/24 is directly connected, Vlan20
L 20.1.1.252/32 is directly connected, Vlan20
100.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
D 100.1.1.0 [90/307200] via 200.1.1.2, 00:31:52, Ethernet0/2
200.1.1.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C 200.1.1.0/24 is directly connected, Ethernet0/2
L 200.1.1.1/32 is directly connected, Ethernet0/2
配置 SW1 爲 VLAN 10 的根橋 ID. 配置 SW2 爲 VLAN 20 的根橋 ID.
# SW1
SW1(config)#spanning-tree vlan 10 priority 0
SW1(config)#spanning-tree vlan 20 priority 4096
# SW2
SW2(config)#spanning-tree vlan 10 priority 4096
SW2(config)#spanning-tree vlan 20 priority 0
現在用 PC5 Ping 1.1.1.1:
trace to 1.1.1.1, 8 hops max, press Ctrl+C to stop
1 10.1.1.251 0.893 ms 0.852 ms 2.083 ms
2 *100.1.1.2 0.654 ms (ICMP type:3, code:3, Destination port unreachable) *
用 PC6 Ping 1.1.1.1：
VPC6> trace 1.1.1.1
trace to 1.1.1.1, 8 hops max, press Ctrl+C to stop
1 20.1.1.252 0.402 ms 0.327 ms 0.378 ms
2 *200.1.1.2 0.754 ms (ICMP type:3, code:3, Destination port unreachable) *
可以發現 VLAN 10 走 SW1 ，VLAN 20 走 SW2.
配置 HSRP ：
# 配置 Vlan 10 HSRP：
SW1(config)#int vlan 10
SW1(config)#standby 1 ip 10.1.1.254
SW1(config)#standby 1 priority 120
SW2(config)#int vlan 10
SW2(config)#standby 1 ip 10.1.1.254
SW2(config)#standby 1 priority 100
# 配置 Vlan 20 HSRP：
SW1(config)#int vlan 20
SW1(config)#standby 2 ip 20.1.1.254
SW1(config)#standby 2 priority 100
SW2(config)#int vlan 20
SW2(config)#standby 2 ip 20.1.1.254
SW2(config)#standby 2 priority 120
此時將 PC5 和 PC 6 的網關改爲：10.1.1.254 和 20.1.1.254. 然後 shutdown SW1 vlan 10，可以發現依然可以訪問 1.1.1.1 只不過現在走 SW2. 這條備份鏈路。
接着將 Vlan1 10 接口打開, 但發現無法將 VLAN 10 的 Active 恢復 SW1，這時需要打開搶佔功能：
SW1(config)#interface Vlan 10
SW1(config-if)#standby 1 preempt
打開認證功能：
SW2(config)#int vlan 10
SW2(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco
SW1(config)#int vlan 10
SW1(config-if)#standby 1 authentication md5 key-string cisco
打開鏈路跟蹤功能, 當 SW1 或 SW2 上行鏈路出現問題，立即進行切換：
SW1(config)# track 1 inerface e0/2 line-protocol
SW1(config)#int vlan 10
# 調用跟蹤鏈路 track1
SW1(config-if)#standby 2 track 1 decrement 30
# 搶佔等待時間 10
SW2(config-if)#standby 2 preempt delay minimum 10
SW2(config)# track 1 inerface e0/2 line-protocol
SW2(config)#int vlan 20
SW2(config-if)#standby 2 track 1 decrement 30
SW2(config-if)#standby 2 preempt delay minimum 10
VRRP
VRRP 本身是公有協議，和 HSRP 非常類似，用於解決網關備份的問題。
VRRP 角色
VRRP 組：由多個 VRRP 路由器組成，屬於同一個 VRRP 組，組內的路由器會交換信息，每個組由唯一 ID 指定。經過選舉會推選出 Active 路由器和 Standby 路由器。
VRRP 虛擬路由：對每個 HSRP 組，抽象出的虛擬路由器。作爲我拿過來。具有虛擬 IP 和 MAC。虛擬出來的 IP 作爲網關地址。
Master 路由器：HSRP 中實際轉發數據包的路由器，每個 HRSP 組中，僅有一個 Master 路由器，並綁定虛擬 IP，用於響應請求。
backup 路由器：在 HSRP 組中，處於監聽狀態的路由器，當 Master 路由器出現問題時，接替工作。
VRRP 特性
- 在 VRRP 組中的路由器，通過 Advertise 報文交互。
- 報文間隔時間爲 1 s，失效時間爲 3s + (256 - 優先級) / 256
- VRRP 使用 224.0.0.18 爲組播地址，協議號爲 112
- 每個接口最多支持 256 個組，可以實現像 HRSP 一樣的負載分攤。
- VRRP 和 HSRP 不同的是，VRRP 虛擬出的來 IP 可以和同一網絡下的實際物理 IP 相同。稱爲 IP 擁有者，優先級爲最大 255.
- 優先級範圍：0 - 255，可配置範圍爲 1 - 254, 255 是 IP 擁有者，0 是在關閉 VRRP 進程觸發
- 虛擬 MAC 地址爲：000.5e00.01xx （xx 爲 VRRP 組ID）
- VRRP 默認開啓搶佔功能
VRRP 狀態
- Init 狀態：初始化狀態
- 如果虛擬 IP 和物理 IP 一樣，表示爲 IP 擁有者，立即變成 Master 狀態。
- 其他情況，都會轉化爲 Backup 狀態。
- Backup 狀態：備份狀態
- 等待時滯時間後，先發送 Hello 報文的成爲 master.
- Master 狀態：實際轉發狀態
GLBP
GLBP 思科私有協議，和 VRRP 不同，組內可有多臺 Active，能實現真正意義的上的負載分擔。能提供一個虛擬 IP 和多個 MAC 地址並分配給 PC。
當 PC 在解析網關時，由於一個 IP 對應多個 MAC 地址，可將流量分配到不同的 MAC 地址所對應的設備上，實現負載分攤。
GLBP 角色
- AVG（Active Virtual Gateway）：在每個組中，分配 MAC 地址給成員
- Active AVG 默認不能自動強佔，只能手動強佔。
- AVF（Active Virtual Forwarder）：組內實際轉發的成員
- 每組最多 4 個，每個 AVF 都有一個虛擬的 MAC 地址（0007-b400-XXYY，XX 表示組號，YY代表轉發者編號）
- 如果組內成員超過 4 個，最先成爲 AVF 成爲 Primary 成員，其餘爲 Secondary 成員（不參與轉發，處於等待狀態）。
- 如果 Primary AVF 中的權重值小於，Secondary AVF 成員中的權重值，會被替換。
- BVG（Backup Virtual Gateway）：充當分配 MAC 地址的備份，防止單點故障
選舉過程
通過 Hello 報文交互，數值越大，優先級越高。如果優先級一樣，選 IP 地址大的。
GLBP 特性
負載分攤模式：
- 加權負載均衡：取決於 AVF 網關的權重值
- 主機負載均衡：確保主機一直使用同一個虛擬 MAC 地址，根據主機實現負載均衡
- 循環負載均衡：默認模式，按照順序分配
GLBP 配置
# R1
inter Eth0/0
glbp 1 ip 192.168.1.254
show glbp
GLBP 的問題
需要注意的是 GLBP 不能用在二層鏈路上，因爲二層鏈路上存在生成樹協議，存在阻塞端口，進一步導致次優路徑。
總結
本篇共提到了三個協議，用於解決網關單點故障的問題。
從目前使用的情況看，VRRP 由於是公有協議使用的更多些。HSRP 和 GLBP 由於是思科的私有協議，僅能跑在思科設備上。
從配置的角度看，VRRP 和 HSRP 非常類似，其中概念也較爲相似。僅在命名和選舉的計算方式稍有不同。
從流量的負載角度看，GLBP 更加優秀一些，相比 VRRP 和 HSRP，實現的是真正意義上的負載分攤。但由於其存在多個 MAC 的原因，不能適用於充當二層網關的設備。