Cisco熱備份路由協議（HSRP

備忘錄狀態

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版權聲明

Copyright(C)TheInternetSociety(1998).AllRightsReserved.

IESG說明

本文說明了一個已經生效并正在使用的協議。在IETF中有一個專門致力于研制標準的小
組，他們主要負責協議的制定和發表。

摘要

本文對熱備份路由協議（HSRP）進行了詳細說明。此協議的目的在于使主機看上去只使用
了一個路由器，并且即使在它當前所使用的首跳路由器失敗的情況下仍能夠保持路由的連通
性。此協議中所涉及到的多路由器都映射為一個虛擬的路由器。本協議保證同時有且只有一個
路由器在代表虛擬路由器進行包的發送。而終端則是把數據包發向該虛擬路由器。
這個轉發包的路由器被成為活路由器。如果這個活路由器在某個時候由于某種原因而無法
工作的話，則那個備份的路由器將被選擇來代替原來的活路由器。本協議為活路由器和備份路
由器的定義提供了一種機制。在協議所設計到的路由器上使用IP地址，如果這個活路由器失效
的話則那個備份路由器馬上代替活路由器工作而不會在對主機的連通性上產生大的中斷，另外
本文還對ARP，MAC地址，以及相關的安全問題進行了討論。


目錄

1介紹..............................................2
2使用前提.........................................3
3范圍.....................................................4
3.1術語...............................................4
4定義...............................................4
5協議..................................................4
5.1包格式............................................4
5.2操作參數....................................7
5.3狀態....................................................8
5.4時鐘....................................................9
5.5事件....................................................9
5.6操作...................................................10
5.7過渡狀態..........................................11
6對MAC地址的考慮................................13
6.1概要...................................................13
6.2地址過濾器............................................14
6.3ICMP重定向.............................................14
6.4ARP代理.................................................15
7對安全的考慮...................................15
8參考................................................15
9作者地址........................................16
10 完全版權聲明..................................17


1.介紹

所謂的熱備份路由協議（HSRP）主要是向我們提供了這樣一種機制，它的設計目的主要在
于支持IP傳輸失敗情況下的不中斷服務。具體說，就是本協議用于在源主機無法動態地學習到
首跳路由器IP地址的情況下防止首跳路由的失敗。它主要用于多接入，多播和廣播局域網（例
如以太網）。當然HSRP并不是有意要取代現有的動態路由發現機制，而這些現有的路由協議仍
可以繼續使用只不過不是在任何可能的情況下。以前的大部分主機都不支持動態路由發現協
議，他們是通過配置缺省路由來進行工作的。而HSRP卻為它們提供了一種失敗服務機制
在HSRP中所涉及到的所有路由器都被假設為已經配好了合適的IP路由協議，并且也已經
存在了若干條路由。而討論哪種協議更加合適并且這些路由在各種情況下是否一致就已經超出
了我們這個聲明的范圍了。
在使用HSRP時，一組路由器的工作將一致的表現為局域網上通往主機的一個虛擬路由器
的工作。這組路由器就稱為一個HSRP組，或備份組。這個組中將選出一個路由器來負責轉發
由主機發給虛擬路由器的數據包。這個路由器就是所謂的活路由器。另一臺路由器將被選為備
份路由器。在活路由器失效的情況下，備份路由器將承擔活路由器的包的轉發功能。即使你可
以任意制定運行HSRP的路由器的數量，但只有活路由器才能轉發發送給虛擬路由器的數據包。
為了把網絡阻塞降到最底限度，網絡中只有活路由器和備份路由器可以在完成HSRP協議
選擇過程后發送一次HSRP消息包。如果活路由器失效，則備份路由器將取代它作為新的活路由
器工作。而當備份路由器失效或者它變成了活路由器時，另外一個路由器將被選為備份路由
器。
在某個局域網里，多個熱備組可以共存和重疊。每個備份組都仿效一個虛擬路由器。對于
每個備份組來說都有一個為別人所知的MAC地址，以及一個IP地址。而這個IP地址應該是這
個局域網中第一個子網中的地址，但必須不同于設置在所有路由器端口上的地址和局域網中主
機的地址，甚至包括為其他HSRP組設的地址。
如果在一個局域網中設置了多個HSRP組，那么分配主機給不同的備份組就會使網絡產生
負載爆炸。
本說明下面要討論的是對單個備份組的操作。在多備份組的例子中，每個組依照這個說明
來在局域網中與其他組相互獨立的工作。注意一個路由器有可能會加入到多個組中，這樣這個
路由器將需要為每個組維護不同的狀態和時鐘。

2使用前提

Cisco系統公司已在美國為HSRP申請了專利號5,473,599[2]。如果任何應用中需要使
用專利5,473,599中的任何聲明，需要cisco公司對標準的使用者一視同仁的依據給予許可
證。另外這個許可證付費后只能使用一次。

3范圍

本文檔描述的是關于包、信息、狀態以及事件在本協議中的使用。本文檔不討論關于網絡
管理或者互聯網的應用問題

3.1術語
本文檔將會使用到RFC2119[3]中的相關協議語言。

4定義

活路由器-當前代表虛擬路由器轉發數據包的路由器
備份路由器-第一備份路由器
備份組-參與到HSRP中，用已仿效虛擬路由器的一組路由器
Hellotime-一個給定路由器成功地發出兩個HSRPhello消息包之間的間隔
HoldTime-假定發送路由器失敗的情況下，收到兩個hello消息包之間的間隔

5協議

在備份組里，路由器通過發送各種不同的消息周期性的廣播狀態信息

5.1包格式

備份協議運行在UDP層上，使用1985端口號。包發送個多播地址224.0.0.2，TTL為1

在包的格式里，路由器使用他們的真IP地址做為源地址，而不使用虛擬地址。這對于使
HSRP路由器們能夠準確定義彼此是非常重要的。

下面是UDP幀格式的數據部分的格式

123

01234567890123456789012345678901
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|版本號|操作碼|說明|Hellotime|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Holdtime|優先權|組|保留|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|授權數據|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|授權數據|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|虛擬IP地址|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

版本號：1個字節

HSRP信息的版本號，本文所描述的版本號為0

操作碼：1個字節

操作碼說明的是包含在這個包里的信息的類型，可能的值有：

0-Hello
1-Coup
2-Resign

Hello類型消息是用來表明路由器正在工作，并且有能力成為活路由器或者備份路由
器。
Coup類型消息是在當一個路由器希望變成活路由器是才被發送的信息。
Resign類型消息則是當一個路由器不希望再做活路由器是才被發送的信息。

狀態：1個字節

在備份組中的每個路由器都在運行著一個狀態機制。這個狀態域描述的是發送消息的路
由器的當前狀態。每種狀態的具體描述將在后面說明?？赡艿臓顟B值有：

0-Initial
1-Learn
2-Listen
4-Speak
8-Standby
16–Active

Hellotime：1個字節

這個域在Hello消息中是非常有意義的。它包含了路由器發送Hello消息的大約的間隔時
間。這個時間是用秒來表示的。
如果路由器上沒有配置Hellotime，那么它將會向活路由器發送的Hello消息學習。
而如果Hellotime沒有被設置而且Hello消息已經被授權，則只能通過學習來獲取
Hellotime。發送Hello消息的路由器必須引入在Hello消息中的Hellotime域中使用的
Hellotime值。如果沒有從活路由器發過來的Hello消息中學習到Hellotime并且也沒有手工
配置Hellotime，那么將把它的值缺省的定為3秒鐘。

Holdtime:1個字節

這個域只在Hello消息中有效。它標明了當前的Hello消息的有效期。這個時間也是用秒
來表示的。
如果一個路由器發送Hello消息，那么接受者會認為在一個Holdtime時間內這個Hello消
息是有效的。Holdtime的值必須要比Hellotime的值大而且至少是Hellotime值的3倍。如果
一個路由器上沒有配置Holdtime值，則它會向由活路由器發來的Hello消息學習到一個
Holdtime值。如果Hello消息是被認證授權過的，則Holdtime值就只能通過學習來得到了。
同Hellotime一樣，一個路由器必須引入那個在Hello消息中的Holdtime域所定義的
Holdtime值.
一個狀態為活的路由器不能向其他路由器學習Hellotime和Holdtime值，盡管它也許會繼
續使用從前一任活路由器那學到的Hellotime和Holdtime值。另外，它也許會使用手工配置的
值。而活路由器也不能使用一個配置的時間或一個學習來的時間值。如果它沒有學習到，而且
也沒有配置Holdtime，則它會使用10秒作為缺省值。

優先級:1個字節

這個域用來選擇活路由器和備份路由器。當把兩個路由器的優先級進行比較時，優先級數
值高的將獲勝。如果兩個路由器的優先級相同的話，則IP地址高的將獲勝。

組:1個字節

這個域定義了備份組。在令牌環網絡中，它的值為0到2，而在其他媒質中，它的值為0
到255之間的數。

授權數據：8字節

這個域包含了8個用做password的文本字符如果授權數據沒有被設置，則使用推薦的缺省
值：0x630x690x730x630x6F0x000x000x00.

虛擬IP地址：4字節

虛擬IP地址將在組中使用
如果一臺路由器本身沒有配置虛擬IP地址，那么他可以從活路由器那發來的Hello消息中
學到。而如果路由器沒有設置而且這個虛擬IP地址，而且Hello消息已經被授權，則只能通過
學習來獲取這個地址。


5.2操作參數

在備份組里，每個路由器必須了解以下的信息。當然，討論這些信息是如何決定的則超出
了本文的范圍。

備份組號
虛擬MAC地址
優先級
授權數據
Hellotime
Holdtime

下面的信息則是每個備份組中必須至少有一臺路由器要掌握的信息，當然，也有可能這個
組中的每一臺路由器都知道它。
虛擬IP地址

下面的信息可以在任何一臺路由器上配置
優先權能力

如果一個路由器具有比活路由器高的優先級，而且也配置了優先權，則它就可以使用Coup
消息來取代當前的活路由器。

5.3狀態

備份組中的每一臺路由器都通過執行一個簡單的狀態機制來參與到這個協議中來。下面我
們就來描述一下這個狀態機制在表面上我們所能看到的一些運行情況。運行時可能會根據狀態
機制對不同功能的規定而在內部產生不同的操作過程。
所有的路由器都從初試狀態開始。這一段討論每種狀態的目的。為了詳細說明每一種狀態
下所發生的動作，請看5，7節的狀態轉換表

1. Initial初始狀態

這是個開始的狀態，它表明HSRP不在運行中。當配置改變或端口首次啟動時就會進入
這個狀態。

2.Learn學習

這是在路由器還沒有確定虛擬IP地址，并且還沒有收到一個從活路由器發送來的已經
認證過的Hello消息時的狀態。在這個狀態中，路由器仍然在等待著從活路由器那里接受
信息。

3.Listen監聽

路由器知道了虛擬IP地址，但它既不是活路由器也不是備份路由器。并且該路由器是
在從活路由器或備份路由器那里監聽Hello消息。

4.Speak會話

路由器周期地發送Hello消息，并且積極地參與到活路由器或備份路由器的選拔中。
只有在它已經有了虛擬IP地址的前提下，它才能進入到這個狀態。

5.Standby備份

這個狀態下的路由器作為下一個活路由器的侯選者，周期性地發送Hello消息。除了
極短暫的情況外，每個組中最多只能有一個處于備份狀態的路由器。

6.Active激活

路由器的當前狀態為把數據包轉發到組的虛擬MAC地址。路由器周期地發送Hello消
息。除了極短暫的情況外，每個組中最多只能有一個處于激活狀態的路由器。

5．4時鐘

每臺路由器都要維護3個時鐘，一個激活時鐘，一個備份時鐘，和一個Hello時鐘。
激活時鐘是用來監視活路由器的，在任何時候，只要路由器發現了從活路由器發過來的被
認證過的Hello消息，激活時鐘就開始計時，直到到達Hello消息中所設定的Holdtime值為
止。
備份時鐘用于監視備份路由器。該時鐘也是在路由器發現了從活路由器發過來的被認證過
的Hello消息，隨時開始計時，直到到達Hello消息中所設定的Holdtime值為止。
Hello時鐘是在每一個Hellotime時間段終止一次。如果路由器是處于會話、備份或激活
狀態下，它會在Hello時鐘停止時產生一個Hello消息。Hello消息必須是不穩定的。

5．5事件

下面是在HSRP有限的狀態機制下所能發生的事件

a-在一個使能的端口上配置HSRP

b-在一個端口上禁用HSRP，或這個端口被禁用。

c-活時鐘期滿?；顣r鐘從路由器收到從活路由器發送來的最后一個Hello消息開始計
時，時長為Hello消息中所設定的Holdtime值。

d-備份時鐘期滿。備份時鐘從路由器收到從活路由器發送來的最后一個Hello消息開
始計時，時長為Hello消息中所設定的Holdtime值。

e-Hello時鐘期滿。用于發送Hello消息的周期性時鐘期滿。

f-收到一個發自一臺處于對話狀態路由器的高優先級Hello消息。

g-收到一個發自活路由器的高優先級的Hello消息。

h-收到一個來自活路由器的低優先級的Hello消息。

i-收到一個來自活路由器的Resign消息。

j-收到一個來自一臺高優先級路由器的Coup消息。

k-收到一個來自備份路由器的高優先級的Hello消息。

l-收到一個來自備份了路由器的低優先級的Hello消息。

5.6操作

本節說明了這種狀態機制中所要采取的一系列操作

A、 啟動活時鐘
如果這個動作是作為從活路由器接受到認證過的Hello消息的結果來發生的話，那
么活時鐘要在Hello消息中的Holdtime域中設定。否則，活時鐘將使用路由器當前的
Holdtime值啟動。

B、 啟動備份時鐘
如果這個動作是由于從備份路由器接受到認證過的Hello消息而導致發生的話，那
么備份時鐘要在Hello消息中的Holdtime域中設定。否則，備份時鐘將使用路由器當
前的Holdtime值啟動。

C、 終止活時鐘
活時鐘被終止。

D、 終止備份時鐘
備份時鐘被終止。

E、 學習參數
這個動作在接收到一個來自活路由器的一個已認證的消息時發生。如果這個組沒有
手工配置虛IP地址，它就會從消息中學到一個虛IP地址。路由器也可能從消息中學習
Hellotime和Holdtime值。

F、 發送Hello消息
路由器以它當前的狀態、Hellotime和Holdtime值來發送Hello消息。

G、 發送Coup消息
路由器發送Coup消息包給活路由器，通知它發現了一個更高優先級的
路由器。

H、 發送Resign消息
路由器發送Resign消息來允許其他路由器成為活路由器。

I、 發送無償ARP消息
路由器通過廣播ARP應答包來把組的虛IP地址和虛MAC地址廣播出去。如同
ARP包一樣，這個包使用虛擬MAC地址作為鏈路層包頭中的源MAC地址。

5,7狀態過渡

下面的表格說明了這種狀態機制的各狀態間的轉換過程。對于每個時間以及路由器所
處的每個狀態來說，路由器必須執行前面已說明的一系列操作并轉換為即定的狀態。如果沒有
操作被事先聲明，也就不會有任何操作發生，如果沒有聲明任何狀態改變，也不會有任何的狀
態的改變。
下面表中所使用的符號是在5，6節的操作列表中所列出的一系列操作所對應的字母。狀態
則是用在5，3節中的狀態列表中個狀態所對應的數字來表示。斜線（‘/’）是操作和狀態的
分隔符。狀態的轉變可以是二選一的，這主要取決于外部狀態。二選一的狀態用‘|’來分隔。
詳細情況請見附加說明


States
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
||1|2|3|4|5|6|
||Initial|Learn|Listen|Speak|Standby|Active|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|Event||
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|a|AB/2|3+||||||
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|b||CD/1|CD/1|CD/1|CD/1|CDH/1|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|c|||AB/4||CDFI/6||
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|d|||B/4|D/5|||
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|e||||F|F|F|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|f||||B/3|B/3||
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|g||EAB/3|EA|EA|EA|AB/4|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|h||EAB/3|A|BGFI/6*|A|BGFI/6*|A|BGFI/6*|G|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|i|||AB/4|A|CFI/6||
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|j||||||ABH/4|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|k|||B|B/3|B/3|B|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+
|l|||B/4|D/5||B|
+-----+----------+----------+----------+----------+----------+----------+

說明

+如果配置了虛IP地址，應設為狀態3（監聽），如果沒有設置虛IP地址，應設為狀態2
（學習）。這兩種情況都使用操作A和B

*如果路由器被配置為優先占取，則采用操作B，G，F，和I，而且設為狀態6（激活）。
如果路由器沒有被設為優先占取，則采用操作A，并且沒有狀態變化。

6，對MAC地址的考慮

6.1概述

每個HSRP組都有一個眾所周知的聯合的虛擬MAC地址。在令牌環網絡上，這些地址實
際上屬于功能地址。下面這三個地址：0xC00x000x000x010x000x00,0xC00x000x00
0x020x000x00,以及0xC00x000x000x040x000x00分別與組0，1，2相聯系。
在其他媒質上，虛MAC地址為0x000x000x0C0x070xACXX，其中XX代表HSRP的
組號。凡執行HSRP都要盡可能地使用這種公認的HSRPMAC地址作為該組的虛MAC地址。
活路由器必須接收和發送用于定義組的虛MAC地址的數據包。它在離開激活狀態后則
必須停止發送或接受這種包。

當且僅當路由器處于激活狀態下時，路由器必須使用組虛擬MAC地址作為它的Hello
消息包的源MAC地址。這對于處于學習狀態的網橋來說是非常必要的，這樣可以使網橋能
夠斷定這個虛MAC地址是處于哪個網段的。
對于每個組來說，都要有一個虛擬IP地址和一個虛擬MAC地址。這是個非常理想的情
況，因為這樣使得ARP表處于一種最終狀態，而不需要象HSRP活路由器那樣隨著活路由器
人選的改變而隨時改變表中的數據。
另外，對于HSRP在網橋環境下工作時，網橋必須能夠在虛MAC地址改變時很快地進行
自我刷新。雖然處于學習狀態的網橋理論上能夠作到這一點，但有些還是在這方面存在著
問題的。因此推薦只有真正處于學習狀態的網橋才能使用HSRP。
虛MAC地址的改變可能會對那些與MAC地址捆綁的附加狀態的環境產生負面的影響。
例如令牌環網絡。如果源路由網橋正在使用的話，RIF將以虛MAC地址存在主機的RIF緩
存里。RIF指出了用于到達MAC地址的路徑和最后的環。在路由器轉為活路由器時，它們
將不會影響在帶橋的環上的主機的RIF緩存。這也許會導致數據包被轉發到上一級活路由
器的環上。
在這種環境下，一臺路由器也許會使用它標準的MAC地址作為虛MAC地址。這種做法
是非常不被提倡的。在這種模式下，虛IP地址將會超時路由到不同的MAC地址，而最終會
在路由的終點產生問題，因為ARP表是假設了一個在MAC地址和IP地址見相對靜態的關
系。而在這種情況下，只要當路由終點接受到一個進入激活狀態的路由器所產生的毫無根
據的ARP應答時，則ARP表就會進行更新。

6.2地址過濾器

正如前面所提到的，路由器正在以它們的組的MAC地址和IP地址仿效著一個虛路由
器。MAC地址理論上是由路由器的端口控制器的一個地址過濾器或MAC地址列表來提供
的。這對于路由器來說，在維護它們的主MAC地址時增加一個或多個虛MAC地址到它們的
控制器的MAC地址過濾器中是非常理想的。
不幸的是，有些端口控制器只支持一個unicastMAC地址的地址過濾器?；蛘哒f，在
令牌環網絡中，那些應由HSRP所使用的功能性地址已經被其他協議所占用了。這種情況
下，這些路由器仍舊能夠執行HSRP，但當路由器假設或放棄作為活路由器進行控制時，
HSRP必定改變端口的主MAC地址。
這就存在著一些潛在的問題，因為有些傳輸可能會希望使用路由器的主MAC地址。但
問題也許會因為路由器發送那些無端的ARP包來回答它沒有運行HSRP的IP地址來減輕。
盡管如此，其他網絡實體也應該在使用IP時通過刷新ARP表來反映路由器當前正使用的是
組的虛MAC地址，而不是它的主MAC地址。
有些協議也許因為端口主MAC地址的改變而不能與備份協議同時運行。舉例說，
DECnetIV和HSRP就不會同時運行在同一臺設備上。

6.3ICMP重定向

當運行HSRP時，防止主機發現備份組中路由器的主MAC地址是非常重要的。因此應該
禁用任何可能把路由器的主MAC地址通知給主機的協議。所以，凡HSRP所涉及到的路由
器，即使它只有一個端口運行了HSRP，都不能在運行HSRP的端口發送ICMP重定向包。


6.4ARP代理

一般地說，主機在通過它們缺省路由的配置來學習HSRP的虛IP地址。這些主機把包
發送給虛IP地址用以達到它在局域網之外的目的地。在某些情況下，主機可能使用由ARP
代理來路由到局域網之外。這時，主機使用由ARP代理應答提供的MAC地址。如果ARP代
理應答說明了HSRP虛MAC地址，則HSRP功能將被保留。

如果一臺HSRP路由器被配置為支持ARP代理的HSRP，那么這臺路由器必須在它所產生
的任何ARP代理應答中說明HSRP虛MAC地址。ARP代理應答一定不要受HSRP狀態機制的
約束。狀態機制的約束可能會導致ARP代理應答的匱乏，因為這些ARP代理應答可能會受
到其他一些因素的限制，如水平分割原則。


7.安全上的考慮

這種協議沒有提供安全方面的保證。消息中的認證域對于防止錯誤配置是非常有用
的。該協議很容易被局域網中的入侵者攻擊，這可能會導致一個黑洞的產生和拒絕服務。
但從局域網外面是很難對該協議進行攻擊的，因為大多數路由器不會轉發到多播地址
（224.0.0.2）的數據包。

8.參考

[1]Deering,S.,"ICMPRouterDiscoveryMessages",RFC1256,
September1991.

[2]UnitedStatesPatent.PatentNumber:5,473,599.StandbyRouter
Protocol.DateofPatent:Dec.5,1995.

[3]Bradner,S.,"KeywordsforuseinRFCstoIndicateRequirement
Levels",BCP14,RFC2119,March1997.

9.作者地址

TonyLi
JuniperNetworks,Inc.
3260JaySt.
SantaClara,CA95054

Phone:(408)327-1900
EMail:tli@juniper.net

BruceCole
JuniperNetworks,Inc.
3260JaySt.
SantaClara,CA95054

Phone:(408)327-1900
EMail:cole@juniper.net

PhilMorton
CiscoSystems
170TasmanDr.
SanJose,CA95143

Phone:(408)526-7632
EMail:pmorton@cisco.com

DawnLi
CiscoSystems
170TasmanDr.
SanJose,CA95143

Phone:(408)527-2014
EMail:dawnli@cisco.com

10.完全的版權說明

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