毕业设计(论文)-基于思科设备的HSRP应用.doc
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1、成都理工大学工程技术学院毕业论文基于思科设备的HSRP应用 作者姓名: 专业名称:电子信息科学与技术指导教师:基于思科设备的HSRP应用摘要本文对热备份路由协议(HSRP)进行了详细说明。此协议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称为活跃路由器。如果这个活跃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跃路由器。
2、本协议为活跃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,另外本文还对EIGRP,TCP/IP,以及互联网基础进行了讨论。关键词 :HSRP 活跃路由器 备份路由器 负载均衡 - II -AbstractThis thesis has illustrated the HSRP in details. The purpose of the HSRP is : although it seems only one router being used on the ho
3、st, the routing still keep connection even when the head jump router used at present is not available. The routers involved in HSRP are all reflected to a virtual one. The HSRP pledges that only one router represents the virtual one to send the data packet while the terminal sends the data packet to
4、 the virtual router. The router who transfers the packet is called active router. Once the active router can not work due to same reasons, the alternate one will be chosen to instead of it. So this thesis provides a mechanism to define active router and alternate router. If Using IP address on the r
5、outer designed by the HSRP, we can realize the effects that the alternate router can work at once when the active one is invalid and no large break will happen to the hosts connection. Besides, in this thesis, we also talk about EIGRP,TCP/IP and the Internet basis. Keyword: HSRP , Active router, Bac
6、kup router, Load equalization基于思科设备的HSRP应用目录摘要IAbstractII目录III前言11 HSRP 技术应用概述21. 1 选题背景及研究意义21. 2 原理与方法简介31. 2. 1 HSRP特征31. 2. 2 HSRP 备用组包括的实体31. 2. 3 HSRP 状态42 互联网相关技术简介62. 1 网际互联基础62.1.1参考模型OSI72. 2 TCP/IP协议简介102.2.1 TCP/IP协议和DOD模型142.2.2 IP地址152. 3 相关技术介绍152.3.1 HSRP的负载均衡152.3.2 IP路由冗余163 方案设计与实
7、现173. 1 技术路线173.1.1 HSRP协议的作用及原理173.1.2 试验组建连接图193.1.3 实验设计工具介绍203.1.4 开发环境203. 2 试验设计难点213.2.1 HSRP的端口跟踪track技术213.2.2负载均衡(EIGRP)213.2.3 HSRP的抢占223.2.4 HSRP的组定时器233. 3 总体设计233.3.1 HSRP协议中路由器的状态及状态转换233.3.2 HSRP协议的配置基本流程243. 4 详细设计及配置253.4.1 思科路由器命令简介253.4.2 路由器R1的命令配置263.4.3 路由器R2的命令配置27总结33致 谢34参考
8、文献35- IV -前言HSRP:热备份路由器协议(HSRP:Hot Standby Router Protocol)热备份路由器协议(HSRP)的设计目标是支持在特定情况下 IP 流量失败后转移不会引起数据的混乱、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。换句话说,当源主机不能动态的知道第一跳路由器的 IP 地址时,HSRP 协议仍然能够保护第一跳路由器不出故障,也就是保持通讯的不中断。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。负
9、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协议 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 是运行在 UDP协议上的,采用端口号是1985。路由器转发协议数据包的源地址使用的是实际的 IP 地址,而并是非虚拟地址,正是基于这一点,HSRP 路由器间才能相互识别。1
10、HSRP 技术应用概述1. 1 选题背景及研究意义我们知道,21 世纪的一些重要特征就是数字化,网络化和信息化,它是一个以网络为核心的信息时代。要实现信息化就必须依靠完善的网络,因为网络可以非常迅速的传递信息,因此网络现在已经成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础。网络对社会生活得很多方面以及对社会经济的发展已经产生了不可估量的影响。自上个世纪 90 年代以后,以因特网(Internet)为代表的计算机网络得到了飞速的发展,已经从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络,并以成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。不少人认为现在已经是因特网的时代,这是因为因特网正在改变着我们生活和工作的各个方
11、面,它已经给很多国家(尤其是因特网的发源地美国)带来了巨大的好处,并加速了全球信息革命的进程。可以毫不夸大的说,因特网是人类自印刷术发明以来在通讯方面最大的变革。现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。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,其最广泛用途是把距离较远的两个局域网通过广域网连接起来,在广域网连接中线路、连接接口都是最不可靠的因素。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
12、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(HSRP) 。1. 2 原理与方法简介一般来说,路由器是建立局域网与广域网连接的桥梁。对于某些企业或组织的某些关键业务数据的网络传输,要求网络设备高度的可靠性,而且需要维护方便。路由器的备份技术有多种。这里介绍一种路由器自身的备份技术及线路备份技术。路由器自身的备份技术是为了解决路由器由于自身硬件(如内存、CPU) 或软件IOS 的某种故障或局域网端口的故障
13、,以及连接局域设备的端口或线路的故障所导致的网络瘫痪的问题。路由器的备份要求至少有一台与正在工作的主路由器功能相同的路由器,在主路由器瘫痪的情况下,以某种方式代替主路由器,为局域网用户提供路由服务。1. 2. 1 HSRP特征实现 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。在任意时刻,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。HSRP 是一种非常流行的
14、默认网关冗余协议,被广泛用于 Cisco 的多层交换网络中。HSRP 就是其中一种 Cisco 的专用协议,它通过在冗余网关之间共享协议和 MAC 地址,提供了不间断的 IP 路径冗余。该协议由在两台路由器之间共享的虚拟 MAC 地址和虚拟 IP 地址以及一个通过多播协议对 LAN 接口和串行接口进行监控的进程组成。 HSRP 协议支持将多台路由器用作备用默认网关。1. 2. 2 HSRP 备用组包括的实体 HSRP 备用组包括以下实体:一台活跃路由器活跃路由器对前往虚拟 IP 地址的通讯流进行转发。 一台备用路由器备用路由器在活跃路由器出现故障时接管其工作。活跃路由器出现故障后,备用路由器将
15、成为活跃路由器,并开始转发前往虚拟 IP 地址的通讯流。一台虚拟路由器虚拟路由器,顾名思义,并非真正的路由器,而是这样的一个概念 在主机看来,整个 HSRP 组就是一台虚拟路由器,如图所示,在这个图中,与交换机相连的主机将数据包发送给虚拟路由器,而数据包转发工作是由活跃路由器完成的。 图1.1 备用组实体其它 HSRP 成员路由器这些路由器既不是活跃路由器,也不是备用路由器,但是被配置成参与到 HSRP 组中。它们监控活跃路由器和备用路由器,并在活跃路由器和备用路由器都发生故障时成为活跃路由器或者备用路由器。1. 2. 3 HSRP 状态 HSRP 定义了配置了 HSRP 的路由器可能出于的
16、6 种状态。路由器处于这 6 种状态之一时,将执行相应的操作。 初始状态所有路由器一开始都将处于初始状态。这是 HSRP 的起始状态,它表明 HSRP 还没有全面运转。在修改配置或接口启动后,将进入这种状态。 学习状态在这种状态下,路由器还不知道虚拟 IP 的地址,也没有看到活跃路由器发送 HELLO 消息,而是在等待活跃路由器发送 HELLO 消息。 监听状态路由器知道了虚拟 IP 地址,但还未获悉活跃路由器和备用路由器。路由器监听这些路由器发送的 HELLO 消息,并持续配置的保持时间。在 HSRP 组中,除活跃路由器和备用路由器之外,其它路由器也处于这种状态。处于监听状态的路由器将一直保
17、持这种状态,直到不能监听到活跃路由器或者备用路由器发送的 HSRP HELLO 消息为止。然后,所有处于监听状态的路由器都将参与备用路由器和活跃路由器的选举。 发言 (speak) 状态处于发言状态的 HSRP 路由器定期的发送 HELLO 消息,并积极的参与活跃路由器或者备用路由器的选举,除非成为活跃路由器或者备用路由器,否则路由器将保持这种发言状态。 备用状态在备用状态下, HSRP 路由器为下一任活跃路由器的候选者,并且定期的发送 HELLO 消息。 HSRP 组中至少有一台备用路由器。 活跃状态在活跃状态下,路由器对发送给 HSRP 组的虚拟 MAC 地址和 IP 地址的数据包进行转发
18、。除此之外,活跃路由器还定期的发送 HELLO消息。 并非所有的 HSRP 路由器都能经历上述的所有状态。例如,既不是备用路由器也不是活跃路由器的路由器便不能进入备用状态和活跃状态。 2 互联网相关技术简介 2. 1 网际互联基础起源于美国的因特网现已发展成世界上最大的国际性计算机互联网。我们先给出关于网络、互联网、以及因特网的一些最基本的概念。网络(network)由若干的结点(node)和连接这些结点的链路(link)组成。网络中结点可以是计算机、集线器、交换机或路由器等。一般的,有三台计算机通过三条链路连接到一个集线器上,就构成了一个简单的网络。在很多情况下,我们可以用一朵云来表示一个网
19、络。网络和网络还可以通过路由器互联起来,这样就构成了一个覆盖范围更大的网络,即互联网。因此互联网就是“网络的网络”(network of networks)。因特网(Internet)是世界上最大的互联网络。习惯上,大家把连接在因特网上的计算机都称为主机(host)。网络把去多计算机连接在一起,而因特网则把许多网络连接在一起。然而,网络互连并不是把计算机仅仅简单地在物理上连接起来,因为这样做并不能达到计算机之间能够互相交换信息的目的。我们还必须在计算机上安装许多使计算机能够交换信息的软件才行。因此,当我们谈到互联网络的时候,就隐含的表示在这些计算机上已经安装了适当的软件,因而计算机之间可以通过
20、网络交换信息。因特网的拓扑结构虽然非常复杂,并且在地理上覆盖了全球,但从工作方式上看,可以划分成以下两大块:(1) 边缘部分由所有连接在因特网上的主机组成,这部分是用户直接使用的,用来进行通信(传送数据、音频或视频)和资源共享。(2) 核心部分由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的(提供连通性和交换)。2.1.1参考模型OSI 当网络刚开始出现时,典型情况下,只能在同一制造商的计算机产品之间进行通信。为了解决这一问题,在 20 世纪 70 年代后期,国际标准化组织(Organization for Stanardization,ISO)创建了开放系统互连(Open
21、Systems Interconnection,OSI)参考模型,从而打破了这一壁垒。OSI模型的创建是为了帮助供应商根据协议来构建可互操作的网络设备和软件,以便不同供应商的网络能够互相协同工作。正如世界和平一样,它可能永远都不会完全实现,但是它仍然是一个伟大的目标。OSI 模型是为网络而构建的最基本的层次结构模型。它描述了数据和网络信息怎样从一台计算机的应用程序,经过网络介质,传送到另一台计算机的应用程序。在 OSI 参考模型中,是采用分层的方法来实现的。参考模型是一种概念上的蓝图,它描述了通信是怎样进行的。它解决了实现有效通信所需要的所有过程,并将这些过程划分为逻辑上的组,称为层。当一个通
22、信系统以这种方式进行设计时,就称为是分层的体系结构。OSI模型是层次化的,任何分层的模型都有同样的好处和优势。所有模型,尤其是 OSI 模型的主要意图,是允许不同供应商的网络产品能够实现互操作。尽管 OSI 模型不是物理意义上的模型,但是它提供了一系列的指南,应用程序开发者可以利用这些指南来创建并实现在网络中运行的应用程序,它也为创建并实现联网标准、设备和网际互联方案提供了一个框架。OSI 模型有 7 个不同的层,分为两个组。上面 3 层定义了终端系统中的应用程序将如何彼此进行通信。下面 4 层定义了怎样进行端到端的数据传输。 图2.1 OSI 模型如图,OSI 参考模型有 7 层: 应用层(
23、第 7 层,Application layer) 表示层(第 6 层,Presentation layer) 会话层(第 5 层,Session layer) 传输层(第 4 层,Transport layer) 网络层(第 3 层,Network layer) 数据链路层(第 2 层,Data Link layer) 物理层(第 1 层,Physical layer)下面我们来简单的讨论下各层的功能:应用层 OSI 模型的应用层是用户与计算机进行实际通信的地方。只是当马上就要访问网络的时候,才会实际上用到这一层。应用层还负责识别并建立想要通信的计算机一方的可用性,并决定想要的通信是否存在足够
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