冗余协议

防止出现故障的协议

热备份路由器协议（HSRP）的设计目标是支持特定情况下 IP 流量失败转移不会引起混乱、并允许主机使用单路由器，以及即使在实际第一跳路由器使用失败的情形下仍能维护路由器间的连通性。

协议介绍

冗余协议是一般是指网络设备防止出现故障的协议，现在有IETF的VRRP协议和思科的HSRP以及JUNIPER的NSRP三种冗余协议。

换句话说，当源主机不能动态知道第一跳路由器的 IP 地址时，HSRP 协议能够保护第一跳路由器不出故障。该协议中含有多种路由器，对应一个虚拟路由器。HSRP 协议只支持一个路由器代表虚拟路由器实现数据包转发过程。终端主机将它们各自的数据包转发到该虚拟路由器上。

网络应用

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可靠性的必然选择。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，这就是热备份路由协议（HotStandbyRouterProtocal），HSR?PRFC2281技术要解决的问题。

HSRP协议

实现HSRP的条件是系统中有多台路由器，它们组成一个“热备份组”，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，将选择一个备份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备份路由器之后，只有活动路由器和备份路由器定时发送HSRP报文。如果活动路由器失效，备份路由器将接管成为活动路由器。如果备份路由器失效或者变成了活跃路由器，将由另外的路由器被选为备份路由器。

在实际的一个特定的局域网中，可能有多个热备份组并存或重叠。每个热备份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备份组存在时，把主机分布到不同的热备份组，可以使负载得到分担。

NSRP协议

NSRP工作原理

NSRP（NetScreen Redundant Protocol）是Juniper公司基于VRRP协议规范自行开发的设备冗余协议。防火墙作为企业核心网络中的关键设备，需要为所有进出网络的信息流提供安全保护，为满足客户不间断业务访问需求，要求防火墙设备必须具备高可靠性，能够在设备、链路及互连设备出现故障的情况下，提供网络访问路径无缝切换。NSRP冗余协议提供复杂网络环境下的冗余路径保护机制。NSRP主要功能有：1、在高可用群组成员之间同步配置信息；2、提供活动会话同步功能，以保证发生路径切换情况下不会中断网络连接；3、采用高效的故障切换算法，能够在短短几秒内迅速完成故障检测和状态切换。

NSRP集群两种工作模式：

1、Active/Passive模式：通过对一个冗余集群中的两台安全设备进行电缆连接和配置，使其中一台设备作为主用设备，另一台作为备用设备。主用设备负责处理所有网络信息流，备用设备处于在线备份状态。主设备将其网络和配置命令及当前会话信息传播到备用设备，备用设备始终保持与主用设备配置信息和会话连接信息的同步，并跟踪主用设备状态，一旦主设备出现故障，备份设备将在极短时间内晋升为主设备并接管信息流处理。

2、Active/Active模式：在NSRP中创建两个虚拟安全设备 (VSD) 组，每个组都具有自己的虚拟安全接口(VSI)，通过VSI接口与网络进行通信。设备A充当VSD组1的主设备和VSD 组2的备份设备。设备B充当VSD组2的主设备和VSD组1的备份设备。Active/Active模式中两台防火墙同时进行信息流的处理并彼此互为备份。在双主动模式中不存在任何单一故障点。通过调整防火墙上下行路由/交换设备到网络的路由指向，HostA通过左侧路径访问ServerA，HostB通过右侧路径访问ServerB，网络中任一设备或链路出现故障时，NSRP集群均能够做出正确的路径切换。

NSRP集群技术优势主要体现于：

1、消除防火墙及前后端设备单点故障，提供网络高可靠性。即使在骨干网络中两类核心设备同时出现故障，也能够保证业务安全可靠运行。

2、根据客户网络环境和业务可靠性需要，提供灵活多样的可靠组网方式。NSRP双机集群能够提供1、Active-Passive模式Layer2/3多虚拟路由器多虚拟系统和口型/交叉型组网方式；2、Active-Active模式Layer2/3多虚拟路由器多虚拟系统和口型/Fullmesh交叉型组网方式。为用户提供灵活的组网选择。

3、NSRP双机结构便于网络维护管理，通过将流量在双机间的灵活切换，在防火墙软件升级、前后端网络结构优化改造及故障排查时，双机结构均能够保证业务的不间断运行。

4、结合Netscreen虚拟系统和虚拟路由器技术，部署一对NSRP集群防火墙，可以为企业更多的应用提供灵活可靠的安全防护，减少企业防火墙部署数量和维护成本。

VRRP协议

VRRP：（Virtual Router Redundancy Protocol）虚拟路由器冗余协议是一种选择协议，它可以把一个虚拟路由器的责任动态分配到局域网上的 VRRP 路由器中的一台。控制虚拟路由器 IP 地址的 VRRP 路由器称为主路由器，它负责转发数据包到这些虚拟 IP 地址。一旦主路由器不可用，这种选择过程就提供了动态的故障转移机制，这就允许虚拟路由器的 IP 地址可以作为终端主机的默认第一跳路由器。使用 VRRP 的好处是有更高的默认路径的可用性而无需在每个终端主机上配置动态路由或路由发现协议。 VRRP 包封装在 IP 包中发送。　使用 VRRP ，可以通过手动或 DHCP 设定一个虚拟 IP 地址作为默认路由器。虚拟 IP 地址在路由器间共享，其中一个指定为主路由器而其它的则为备份路由器。如果主路由器不可用，这个虚拟 IP 地址就会映射到一个备份路由器的 IP 地址（这个备份路由器就成为了主路由器）。 VRRP 也可用于负载均衡。 VRRP 是 IPv4 和 IPv6 的一部分。

详细参数

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由冗余协议）是一种容错协议。通常，一个网络内的所有主机都设置一条缺省路由，这样，主机发出的目的地址不在本网段的报文将被通过缺省路由发往路由器RouterA，从而实现了主机与外部网络的通信。当路由器RouterA 坏掉时，本网段内所有以RouterA 为缺省路由下一跳的主机将断掉与外部的通信。VRRP 就是为解决上述问题而提出的，它为具有多播或广播能力的局域网（如：以太网）设计。VRRP 将局域网的一组路由器（包括一个Master 即活动路由器和若干个Backup 即备份路由器）组织成一个虚拟路由器，称之为一个备份组。这个虚拟的路由器拥有自己的IP 地址10.100.10.1（这个IP 地址可以和备份组内的某个路由器的接口地址相同），备份组内的路由器也有自己的IP 地址（如Master的IP 地址为10.100.10.2，Backup 的IP 地址为10.100.10.3）。局域网内的主机仅仅知道这个虚拟路由器的IP 地址10.100.10.1，而并不知道具体的Master 路由器的IP 地址10.100.10.2 以及Backup 路由器的IP 地址10.100.10.3，它们将自己的缺省路由下一跳地址设置为该虚拟路由器的IP 地址10.100.10.1。于是，网络内的主机就通过这个虚拟的路由器来与其它网络进行通信。如果备份组内的Master 路由器坏掉，Backup 路由器将会通过选举策略选出一个新的Master 路由器，继续向网络内的主机提供路由服务。从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信。关于VRRP 协议的详细信息，可以参考RFC 2338。

工作原理

负责转发数据包的路由器称之为主动路由器（Active Router）。一旦主动路由器出现故障，HSRP 将激活备份路由器（Standby Routers）取代主动路由器。HSRP 协议提供了一种决定使用主动路由器还是备份路由器的机制，并指定一个虚拟的 IP 地址作为网络系统的缺省网关地址。如果主动路由器出现故障，备份路由器（Standby Routers）承接主动路由器的所有任务，并且不会导致主机连通中断现象。

HSRP 运行在 UDP 上，采用端口号1985。路由器转发协议数据包的源地址使用的是实际 IP 地址，而并非虚拟地址，正是基于这一点，HSRP 路由器间能相互识别.

一个VRRP路由器有唯一的标识：VRID，范围为0—255。该路由器对外表现为唯一的虚拟MAC地址，地址的格式为00-00-5E-00-01-[VRID]。主控路由器负责对ARP请求用该MAC地址做应答。这样，无论如何切换，保证给终端设备的是唯一一致的IP和MAC地址，减少了切换对终端设备的影响。

VRRP控制报文只有一种：VRRP通告(advertisement)。它使用IP多播数据包进行封装，组地址为224.0.0.18，发布范围只限于同一局域网内。这保证了VRID在不同网络中可以重复使用。为了减少网络带宽消耗只有主控路由器才可以周期性的发送VRRP通告报文。备份路由器在连续三个通告间隔内收不到VRRP或收到优先级为0的通告后启动新的一轮VRRP选举。

在VRRP路由器组中，按优先级选举主控路由器，VRRP协议中优先级范围是0—255。若VRRP路由器的IP地址和虚拟路由器的接口IP地址相同，则称该虚拟路由器作VRRP组中的IP地址所有者；IP地址所有者自动具有最高优先级：255。优先级0一般用在IP地址所有者主动放弃主控者角色时使用。可配置的优先级范围为1—254。优先级的配置原则可以依据链路的速度和成本、路由器性能和可靠性以及其它管理策略设定。主控路由器的选举中，高优先级的虚拟路由器获胜，因此，如果在VRRP组中有IP地址所有者，则它总是作为主控路由的角色出现。对于相同优先级的候选路由器，按照IP地址大小顺序选举。VRRP还提供了优先级抢占策略，如果配置了该策略，高优先级的备份路由器便会剥夺当前低优先级的主控路由器而成为新的主控路由器。

为了保证VRRP协议的安全性，提供了两种安全认证措施：明文认证和IP头认证。明文认证方式要求：在加入一个VRRP路由器组时，必须同时提供相同的VRID和明文密码。适合于避免在局域网内的配置错误，但不能防止通过网络监听方式获得密码。IP头认证的方式提供了更高的安全性，能够防止报文重放和修改等攻击。

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