Кузьменко Н.Г. Коммутаторы и IP телефония

Подождите немного. Документ загружается.

Протокол IRDP. Использование протокола IRDP одно из распростра-

ненных решений обнаружения резервного маршрутизатора в случае отказа

шлюза.

Протокол IRDP представляет собой расширение протокола ICMP, кото-

рый позволяет сетевым администраторам использовать команды для диагно-

стики сетевых проблем. Этот протокол разрешает маршрутизаторам объяв-

лять маршруты по умолчанию, доступные для любой сети.

В отличие от протоколов RIP и Ргоху RIP этот протокол имеет много

функций для обнаружения адресов соседних маршрутизаторов. Прокол ICMP

не требует никакой дополнительной конфигурации администратором. Узлы,

настроенные на работу с протоколом IRDP, прослушивают объявления от

маршрутизатора по умолчанию. Если узел не получает объявления протокола

IRDP в течение определенного периода времени, то он считает маршрут по

умолчанию недействительным и начинает выбирать другой маршрут к уда-

ленной сети.

Протокол IRDP имеет большое время сходимости в случае отказа, по-

скольку объявления посылаются каждые 7-10 минут, а максимальное время

ожидания объявлений маршрута составляет 30 минут. Для работы этого про-

токола необходимо настроить минимальный и максимальный интервалы

посылки объявления. Все объявления посылаются в течение этого окна вре-

122

Рис. 7.2. Резервные группы протокола HSRP

Группа 1

Группа 2

VLAN 10

Маршрутизатор А

активный для группы 1

резервный для группы 2

Маршрутизатор В

активный для группы 2

резервный для группы 1

мени. Однако изменение сетевой топологии может оставаться незамеченным

в течение почти 30 минут.

7.1. Протокол HSRP

Протокол HSRP - это оригинальный протокол фирмы Cisco, разрабо-

танный для решения проблем с резервированием. Он определяет группу

маршрутизаторов, работающих вместе как одно целое, как один виртуальный

маршрутизатор. Отказ одного или даже нескольких маршрутизаторов в груп-

пе не приводит к потере внешней связи и позволяет узлам обмениваться ин-

формацией с узлами расположенными вне локального сегмента.

Протокол HSRP назначает группе маршрутизаторов виртуальные IP и

МАС адреса. Он также использует схему приоритетов, для того чтобы опре-

делить, какой маршрутизатор в группе является активным маршрутизатором

по умолчанию. Маршрутизатор с наивысшим приоритетом становится актив-

ным. Как только настроен активный маршрутизатор, происходит обмен сооб-

щениями групповой доставки и приоритетами между остальными маршрути-

заторами. Если активный маршрутизатор выйдет из строя, и не сможет посы-

лать сообщения приветствия, в пределах установленного периода времени,

резервный маршрутизатор с самым высоким приоритетом станет активным.

Резервный маршрутизатор займет место активного, если он не получит

три сообщения приветствия. Фактическое время сходимости напрямую зави-

сит от таймеров протокола HSRP для группы. Значение таймеров выбирается

из диапазона 1 – 255 секунд. По умолчанию приняты следующие значения

таймеров сообщения: период посылки приветствия (hellotime) – 3 минуты, а

время ожидания (holdtime) – 10 минут.

Как только резервный маршрутизатор становится активным, он отвеча-

ет любому узлу, посылающему пакеты на виртуальный МАС адрес. Когда

узел посылает IP запрос ARP на виртуальный адрес маршрутизатора, прото-

кол HSRP отвечает виртуальным МАС адресом, а не его собственным. Вирту-

альный МАС адрес представляет собой число 0000.0с07.ас11, где 11 – иден-

тификатор группы протокола HSRP.

Протокол HSRP группирует маршрутизаторы в резервные группы. Для

каждого маршрута может быть назначено несколько резервных групп. Число

резервных групп для одного маршрутизатора Ethernet может достигать 255 и

ограничено физической топологией сети. В каждой группе маршрутизаторы

могут находиться в одном из трёх состояний: активный, резервный или вир-

туальный. Все остальные маршрутизаторы попадают в категорию "другой

маршрутизатор". Увеличение количества резервных групп на маршрутизаторе

приводит к увеличению времени ожидания.

123

Как показано на рис.7.2, группа 1 имеет активный маршрутизатор А и

резервный маршрутизатор В. А группа 2 использует в качестве активного –

маршрутизатор В, а резервного – маршрутизатор А. В случае отказа одного

маршрутизатора начнёт использоваться другой маршрутизатор.

Маршрутизаторы, использующие протокол HSRP, кроме обеспечения

резервирования шлюза по умолчанию могут так же осуществлять балансиров-

ку нагрузки на линиях связи для пакетов, передаваемых между виртуальными

сетями и подсетями IP, при этом для каждой виртуальной сети должна быть

организована отдельная резервная группа HSRP. Поскольку маршрутизаторы

могут быть членами нескольких резервных групп HSRP, то каждая резервная

группа может иметь свой собственный приоритет и свой собственный актив-

ный маршрутизатор. Причём маршрутизатор принадлежащий нескольким

группам может находиться в разных состояниях для каждой группы: в одной

группе он активный, в другой – резервный, в третьей – "другой".

Каждая резервная группа имеет уникальные IP и МАС адреса. IP адрес

для резервной группы назначается в пределах диапазона IP адресов, принад-

лежащих подсети или виртуальной сети VLAN.

Связи ISL используются для транспортировки информации из/в вирту-

альных сетей к маршрутизатору, расположенному в каждой резервной груп-

пе. Чтобы передавать информацию группы HSRP по связям от нескольких

124

172.16.10.10

виртуальный

маршрутизатор

для VLAN10

Магистраль

Рис. 7.3. Передачи пакетов между виртуальными сетями по магистрали

VLAN10 VLAN20 VLAN10 VLAN20

Магистраль

172.16.20.20

виртуальный

маршрутизатор

для VLAN20

виртуальных сетей маршрутизаторы в группе должны быть настроены на ISL

и принят единый протокол передачи.

Маршрутизаторы могут одновременно обеспечить резервирование и

выполнять разделение нагрузки через различные IP подсети. IP адрес группы

должен находится в диапазоне адресов, принадлежащих подсети. Как показа-

но на рис.7.3. два маршрутизатора участвуют в двух отдельных виртуальных

сетях, использующих канал связи ISL или 802.1Q. Протокол HSRP используя

канал связи, позволяет пользователям иметь избыточность между маршрути-

заторами. При отказе одного из маршрутизаторов другой возьмёт на себя

функции шлюза для виртуальной сети лишившейся связи. Маршрутизатор

теоретически может поддержать до 32650 портов однако, фактическое число

портов ограничено способностью аппаратными средствами коммутатора и ко-

личеством виртуальных сетей.

В рамках нескольких виртуальных сетей VLAN может быть организова-

но несколько групп, причём группы могут быть распределены по нескольким

виртуальным сетям, как показано на рис.7.4. Соответственно этому маршру-

тизаторы могут принадлежать нескольким группам в пределах нескольких

125

Группа 1 Группа 2

VLAN10

VLAN20

Группа 3 Группа 4

172.16.10.0

172.16.20.0

Рис. 7.4. Организация групп в виртуальных сетях

виртуальных сетей. В качестве членов групп маршрутизаторы могут одновре-

менно обеспечивать как избыточность в маршрутизации, так разделение на-

грузки, используя дополнительные линии связи

Формат сообщения HSRP

Все маршрутизаторы в резервной группе HSRP посылают и получают

сообщения HSRP. Сообщения используются для того, чтобы определить роль

каждого маршрутизатора в группе. Протокол UDP, используя порт 1985, ин-

капсулирует информацию в поле данных пакета UDP. Пакет посылается по

адресу групповой доставки 224.0.0.2 для всех маршрутизаторов со временем

жизни, равным единице.

Поля сообщения HSRP следующие:

− Версия - указывает на версию протокола HSRP.

− Тип сообщения - описывает тип сообщения, содержащегося в пакете. Эти

типы следующие:

 Приветствие (Не11о) самое распространенное сообщение, которое

указывает на то, что маршрутизатор функционирует в резервной

группе.

 Захват – указывает, что маршрутизатор хочет стать активным.

 Отставка - уведомляет других членов резервной группы, что актив-

ным маршрутизатор больше быть не может или не желает.

− Состояние – указывает текущее состояние маршрутизатора, посылающего

сообщение.

− Hellotime – указывает период времени в секундах между сообщениями

приветствия, которые посылает маршрутизатор. По умолчанию 3 секунды.

− Holdtime – используется при посылке сообщений приветствия. Это поле

указывает отрезок времени в секундах, в течение которого сообщение име-

ет силу. Он должен быть по крайней мере в три раза больше, чем значение

Hellotime. По умолчанию – 10 секунд.

− Приоритет – используется, чтобы выбрать активные и резервные маршру-

тизаторы. Маршрутизатор с самым высоким приоритетом в группе стано-

вится активным маршрутизатором.

− Группа – указывает номер резервной группы. Номера могут быть от 0 до

255, то есть может быть настроено до 255 групп.

− Данные аутентификации – представляет собой текстовый пароль из

восьми знаков,

− Виртуальный адрес – IP адрес маршрутизатора, который используется

группой.

Состояния протокола HSRP

126

Маршрутизатор может проходить через шесть состояний протокола

HSRP:

− Начальное состояние – все маршрутизаторы начинают с этого состояния.

В этом стартовом состоянии протокол HSRP не работает. Маршрутизатор

устанавливается в это состояние после включения питания или если проис-

ходит изменение его конфигурации.

− Состояние обучения – маршрутизатор переходит в это состояние и

остаётся в нём, пока не получит сообщение приветствия от текущего ак-

тивного маршрутизатора. Сообщение приветствия позволяет маршрутиза-

тору изучить виртуальный IP адрес текущего виртуального маршрутизато-

ра.

− Состояние прослушивания – в этом состоянии маршрутизатор уже узнал

IP адрес виртуального маршрутизатора и слушает обновленную информа-

цию из сообщений приветствия. В этом состоянии маршрутизатор не яв-

ляется ни активным, ни резервным. Прослушивание это в основном пере-

ходное состояние из состояния обучения в говорящее состояние.

− Состояние разговора – в этом состоянии маршрутизатор начинает от-

правлять свои собственные периодические сообщения приветствия и уве-

домлять другие маршрутизаторы, что он активный участник процесса вы-

боров активного или резервного маршрутизатора. Отсюда он переходит в

активное или резервное состояние.

− Резервное состояние – в рамках протокола HSRP должен быть, по

крайней мере, один резервный маршрутизаторё. Если их существует

несколько, они становятся кандидатами в резервные маршрутизаторы.

Маршрутизатор с самым высоким приоритетом войдет в активное состоя-

ние в случае отказа.

− Активное состояние – маршрутизатор в активном состоянии действует

как шлюз по умолчанию для IP адреса, назначенного на виртуальный

маршрутизатор. Он переправляет любые пакеты, полученные для вирту-

ального IP или МАС адреса, посланные любым из узлов группы. Он также

продолжает посылать сообщения приветствия другим маршрутизаторам.

С помощью протокола HSRP можно настроить несколько групп в вир-

туальной сети VLAN для того, чтобы обеспечить резервирование маршрути-

затора. Каждая виртуальная сеть VLAN в пределах группы, разделяет вирту-

альный IP и МАС адрес. Если интерфейсы пользователей настроены, чтобы

использовать виртуальный адрес IP протокола HSRP как шлюз по умолча-

нию, то в случае отказа любого маршрутизатора прерывания маршрутизации

не произойдет.

Можно настроить протокол HSRP на разных маршрутизаторах Cisco.

Можно настроить несколько маршрутизаторов на одном и том же коммутато-

127

ре с интерфейсами из той же самой группы. Также можно настроить несколь-

ко групп с несколькими портами на одном и том же маршрутизаторе.

Для работы маршрутизатора с протоколом HSRP необходимо отклю-

чить все протоколы, которые позволяют узлам обнаруживать физический

МАС адрес порта маршрутизатора. При включении протокола HSRP пере-

адресация ICMP автоматически выключается. Чтобы включить порт протоко-

ла HSRP необходимо заново войти в режим конфигурации порта.

Отслеживание порта позволяет резервному маршрутизатору группы ав-

томатически регулировать уровень приоритета на основании готовности

маршрутизаторов. Если отслеживаемый порт становится недоступен, его при-

оритет автоматически уменьшается.

Если маршрутизатор выходит из строя, он автоматически уменьшает

свой приоритет и прекращает передавать сообщения приветствия из того ин-

терфейса. Резервный маршрутизатор принимает роль активного маршрутиза-

тора, если никаких сообщений приветствия не обнаружено в течение указан-

ного периода ожидания.

7.2. Виртуальный протокол маршрутизации с избыточностью VRRP

Виртуальный протокол маршрутизации с избыточностью (VRRP) обес-

печивает, маршрутизатор отказоустойчивыми соединениями подобно прото-

колу HSRP, но с дополнительными функциями и совместимостью IEEE.

128

Узел 1

10.0.0.1

Приоритет = 255

Активный

Рис. 7.5. Организация виртуальных шлюзов в протоколе VRRP

10.0.0.1

Приоритет = 200

10.0.0.3

Приоритет = 100

Резервный Резервный

Узел 2 Узел 3 Узел 4

Виртуальная

группа

маршрутизаторов

IP = 10.0.0.1

Виртуальные шлюзы

Протокол VRRP, как и протокол HSRP позволяет группе маршрутизато-

ров определить единственный активный маршрутизатор. Все остальные

маршрутизаторы в группе протокола VRRP являются резервными маршрути-

заторами.

На рис.7.5. маршрутизаторы A, B, и C являются членами группы прото-

кола VRRP. В качестве IP адреса виртуальной группы маршрутизаторов ис-

пользуется адрес порта активного маршрутизатора А – 10.0.0.1. Если маршру-

тизатор A осуществляет передачу пакетов, посланных на этот адрес, то марш-

рутизаторы В и С являются резервными.

Узлы в качестве адреса шлюза используют адрес 10.0.0.1. Если актив-

ный маршрутизатор выходит из строя, то резервный маршрутизатор с самым

высоким приоритетом становится активным маршрутизатором, но для узлов

ничего не меняется, они также как и ранее продолжают посылать пакеты по

адресу 10.0.0.1. После включения маршрутизатора A, он возобновляет роль

активного маршрутизатора.

В примере (рис.7.6) реализованы две виртуальные группы маршрутиза-

торов. Для виртуального маршрутизатора 1, маршрутизатор A является актив-

ным маршрутизатором с IP адресом 10.0.0.1 и является шлюзом для узлов.

Маршрутизатор B является резервным виртуальным маршрутизатором по от-

ношению к маршрутизатору A.

Для виртуального маршрутизатора 2, маршрутизатор В является актив-

ным маршрутизатором с IP адресом 10.0.0.2 и является шлюзом для узлов.

129

Узел 1

Шлюз по

умолчанию

= 10.0.0.1

10.0.0.1

Активный

для виртуального

маршрутизатора 1

Резервный

для виртуального

маршрутизатора 2

Рис. 7.6. Виртуальные группы маршрутизаторов в протоколе VRRP

10.0.0.2

Узел 2

Шлюз по

умолчанию

= 10.0.0.1

Узел 3

Шлюз по

умолчанию

= 10.0.0.2

Узел 4

Шлюз по

умолчанию

= 10.0.0.2

Активный

для виртуального

маршрутизатора 2

Резервный

для виртуального

маршрутизатора 1

Маршрутизатор А является резервным виртуальным маршрутизатором по от-

ношению к маршрутизатору В.

Учитывая, что IP адрес виртуальной группы VRRP определяется физи-

ческим адресом порта одного из участников группы, то маршрутизатор, име-

ющий этот порт будет активным в группе с приоритетом равным 255. Прио-

ритет резервных маршрутизаторов может колебаться от 1 до 254, по умолча-

нию он равен 100. Если маршрутизатор имеет приоритетом равный 0, то он не

участвует в группе VRRP. Такая установка используется для скорейшего

перехода резервных маршрутизаторов в активное состояние.

В протоколе VRRP только активный коммутатор посылает рекламные

объявления (эквивалент сообщения приветствия протокола HSRP) на порт

112 по широковещательному адресу 224.0.0.18 с интервалом по умолчанию 1

секунда. Время ожидания рекламного сообщения резервным маршрутизато-

ром составляет по умолчанию 3 периода посылки рекламного сообщения

плюс корректирующее время. Корректирующее время, в мили секундах, вы-

числяется как частное от деления уровня приоритета на 255, гарантирует, что

резервный маршрутизатор с наивысшим приоритетом станет новым актив-

ным маршрутизатором. В результате резервный маршрутизатор станет актив-

ным через 3 с небольшим секунды.

7.3. Протокол распределения нагрузки GLBP

Хотя протоколы HSRP и VRRP предоставляют возможность примене-

ния резервных маршрутов, за счёт использования резервных маршрутизато-

ров являющихся членам групп избыточности, однако в то время как маршру-

тизатор находится в резерве он не работает.

Только активный маршрутизатор группы в протоколах HSRP и VRRP

маршрутизирует проходящие через него пакеты, в результате ресурсы резерв-

ных маршрутизаторов, полностью не используются. Некоторое распределе-

ние нагрузки может быть достигнуто этими протоколами путём создания

нескольких групп со шлюзом в каждой группе по умолчанию, но такая кон-

фигурация создает огромную нагрузку администраторам сети.

Оригинальный протокол GLBP фирмы Cisco предназначен для автома-

тического выбора и одновременного использования нескольких доступных

шлюзов в дополнение к обеспечению отказоустойчивости между ними.

Маршрутизаторы поддерживающие протокол GLBP общаются друг с

другом посредством сообщений приветствия, посылаемых каждые 3 секунды

на порт 3222 по широковещательному адресу 224.0.0.102 может и находиться

в одном из двух состояний:

− активный виртуальный шлюз (AVG). Члены группы протокола GLBP

выбирают один шлюз в качестве активного для своей группы. Другие

130

участники группы обеспечивают резервирование для виртуального шлюза

на случай отказа. Активный шлюз назначает виртуальный MAC адрес каж-

дому члену группы протокола GLBP.

− активный виртуальный транспортёр (AVF). Каждый шлюз отвечает за

транспортировку пакетов, которые поступают виртуальный MAC адрес,

назначенный активным виртуальным шлюзом AVG. Такие шлюзы называ-

ются активными виртуальными транспортёрами AVF для их виртуальных

MAC адресов.

С помощью протокола GLBP можно организовать работу маршрутиза-

торов таким образом, что пакеты, поступающие из сети, будут обрабатывать-

ся несколькими маршрутизаторами одновременно, что позволяет распреде-

лить нагрузку между маршрутизаторами более справедливо и увеличить про-

пускную способность шлюза.

Протокол GLBP поддерживает до 1024 виртуальных маршрутизаторов

на каждом физическом порту маршрутизатора и до четырёх виртуальных

транспортёров на группу при этом позволяет любому маршрутизатору в груп-

пе быть резервным, что избавляет от необходимости иметь специальный ре-

зервный маршрутизатор, поэтому все маршрутизаторы могут осуществлять

маршрутизацию пакетов в сети.

На рис.7.7. показаны два маршрутизатора имеющие один виртуальный

IP адрес, но разные виртуальные МАС адреса, причём маршрутизатор 1 яв-

ляется активным виртуальным как шлюзом, так и транспортером AVG/AVF, а

маршрутизатор 2 – только активным виртуальным транспортёром AVF.

Активный виртуальный шлюз AVG назначает разные виртуальные

МАС адреса портам маршрутизаторов. Затем он с помощью протокола RIP

сообщает узлам виртуальные пары IP и МАС адресов. С целью распределения

131

Рис. 7.7. Распределение нагрузки в протоколе GLBP

AVG/AVF

Виртуальный

10.68.1.10

IP = 1.10.68.10

vMAC = 0000.0000.0002

vMAC = 0000.0000.0001

AVF

10.68.1.10

Сообщение ARP для

IP = 10.10.68.10

порт MAC = 0000.0000.0001

Сообщение ARP для

IP = 10.10.68.10

порт MAC = 0000.0000.0002