vrrp hsrp nsrp

随着Internet的迅猛发展，基于网络的应用逐渐增多。这就对网络的可靠性提出了越来越高的要求。斥资对所有网络设备进行更新当然是一种很好的可靠性解决方案；但本着保护现有投资的角度考虑，可以采用廉价冗余的思路，在可靠性和经济性方面找到平衡点。 　　虚拟路由冗余协议就是一种很好的解决方案。在该协议中，对共享多存取访问介质（如以太网）上终端IP设备的默认网关(Default Gateway)进行冗余备份，从 而在其中一台路由设备宕机时，备份路由设备及时接管转发工作，向用户提供透明的切换，提高了网络服务质量。  一、协议概述 　　在基于TCP/IP协议的网络中，为了保证不直接物理连接的设备之间的通信，必须指定路由。目前常用的指定路由的方法有两种：一种是通过路由协议（比如：内部路由协议RIP和OSPF）动态学习；另一种是静态配置。在每一个终端都运行动态路由协议是不现实的，大多客户端操作系统平台都不支持动态路由协议，即使支持也受到管理开销、收敛度、安全性等许多问题的限制。因此普遍采用对终端IP设备静态路由配置，一般是给终端设备指定一个或者多个默认网关(Default Gateway)。静态路由的方法简化了网络管理的复杂度和减轻了终端设备的通信开销，但是它仍然有一个缺点：如果作为默认网关的路由器损坏，所有使用该网关为下一跳主机的通信必然要中断。即便配置了多个默认网关，如不重新启动终端设备，也不能切换到新的网关。采用虚拟路由冗余协议 (Virtual Router Redundancy Protocol，简称VRRP)可以很好的避免静态指定网关的缺陷。 　　在VRRP协议中，有两组重要的概念：VRRP路由器和虚拟路由器，主控路由器和备份路由器。VRRP路由器是指运行VRRP的路由器，是物理实体，虚拟路由器是指VRRP协议创建的，是逻辑概念。一组VRRP路由器协同工作，共同构成一台虚拟路由器。该虚拟路由器对外表现为一个具有唯一固定IP地址和MAC地址的逻辑路由器。处于同一个VRRP组中的路由器具有两种互斥的角色：主控路由器和备份路由器，一个VRRP组中有且只有一台处于主控角色的路由器，可以有一个或者多个处于备份角色的路由器。VRRP协议使用选择策略从路由器组中选出一台作为主控，负责ARP相应和转发IP数据包，组中的其它路由器作为备份的角色处于待命状态。当由于某种原因主控路由器发生故障时，备份路由器能在几秒钟的时延后升级为主路由器。由于此切换非常迅速而且不用改变IP地址和MAC地址，故对终端使用者系统是透明的。  二、工作原理 　　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。 三、 应用实例 　　最典型的VRRP应用：RTA、RTB组成一个VRRP路由器组，假设RTB的处理能力高于RTA，则将RTB配置成IP地址所有者，H1、H2、H3的默认网关设定为RTB。则RTB成为主控路由器，负责ICMP重定向、ARP应答和IP报文的转发；一旦RTB失败，RTA立即启动切换，成为主控，从而保证了对客户透明的安全切换。 　　在VRRP应用中，RTA在线时RTB只是作为后备，不参与转发工作，闲置了路由器RTA和链路L1。通过合理的网络设计，可以到达备份和负载分担双重效果。让RTA、RTB同时属于互为备份的两个VRRP组：在组1中RTA为IP地址所有者；组2中RTB为IP地址所有者。将H1的默认网关设定为RTA；H2、H3的默认网关设定为RTB。这样，既分担了设备负载和网络流量，又提高了网络可靠性。 　　VRRP协议的工作机理与CISCO公司的HSRP（Hot Standby Routing Protocol）有许多相似之处。但二者主要的区别是在CISCO的HSRP中，需要单独配置一个IP地址作为虚拟路由器对外体现的地址，这个地址不能是组中任何一个成员的接口地址。 　　使用VRRP协议，不用改造目前的网络结构，最大限度保护了当前投资，只需最少的管理费用，却大大提升了网络性能，具有重大的应用价值      所谓的热备份路由协议（HSRP）主要是向我们提供了这样一种机制，它的设计目的主要在于支持IP传输失败情况下的不中断服务。具体说，就是本协议用于在源主机无法动态地学习到首跳路由器IP地址的情况下防止首跳路由的失败。它主要用于多接入，多播和广播局域网（例如以太网）。      当然HSRP并不是有意要取代现有的动态路由发现机制，而这些现有的路由协议仍可以继续使用只不过不是在任何可能的情况下。以前的大部分主机都不支持动态路由发现协议，他们是通过配置缺省路由来进行工作的。而HSRP却为它们提供了一种失败服务机制在HSRP中所涉及到的所有路由器都被假设为已经配好了合适的IP路由协议，并且也已经存在了若干条路由。      热备份路由协议（HSRP）的目的在于使主机看上去只使用了一个路由器，并且即使在它当前所使用的首跳路由器失败的情况下仍能够保持路由的连通性。此协议中所涉及到的多路由器都映射为一个虚拟的路由器。本协议保证同时有且只有一个路由器在代表虚拟路由器进行包的发送。而终端则是把数据包发向该虚拟路由器。这个转发包的路由器被成为活路由器。如果这个活路由器在某个时候由于某种原因而无法工作的话，则那个备份的路由器将被选择来代替原来的活路由器。本协议为活路由器和备份路由器的定义提供了一种机制。在协议所设计到的路由器上使用IP地址，如果这个活路由器失效的话则那个备份路由器马上代替活路由器工作而不会在对主机的连通性上产生大的中断。 在使用HSRP时，一组路由器的工作将一致的表现为局域网上通往主机的一个虚拟路由器的工作。这组路由器就称为一个 HSRP组，或备份组。这个组中将选出一个路由器来负责转发由主机发给虚拟路由器的数据包。这个路由器就是所谓的活路由器。另一台路由器将被选为备份路由器。在活路由器失效的情况下，备份路由器将承担活路由器的包的转发功能。即使你可以任意制定运行HSRP的路由器的数量，但只有活路由器才能转发发送给虚拟路由器的数据包。 为了把网络阻塞降到最底限度，网络中只有活路由器和备份路由器可以在完成HSRP协议选择过程后发送一次HSRP消息包。如果活路由器失效，则备份路由器将取代它作为新的活路由器工作。而当备份路由器失效或者它变成了活路由器时，另外一个路由器将被选为备份路由器。     在某个局域网里，多个热备组可以共存和重叠。每个备份组都仿效一个虚拟路由器。对于每个备份组来说都有一个为别人所知的MAC地址，以及一个IP地址。而这个IP地址应该是这个局域网中第一个子网中的地址，但必须不同于设置在所有路由器端口上的地址和局域网中主机的地址，甚至包括为其他HSRP组设的地址。 如果在一个局域网中设置了多个HSRP组，那么分配主机给不同的备份组就会使网络产生负载爆炸 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：

一、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。

二、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。如下图所示，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。