實例解讀：網絡設備熱備部署的三種模式

作者：王剛耀 2011-11-28 13:03:29

在網絡和數據中心的核心區域，網絡和服務器的熱備部署已是非常普遍的部署模式。下面就用三則實例介紹網絡中，網絡設備常用的熱備部署模式。以便大家在以后的工作中，能夠根據自己的網絡實際情況，選擇正確的網絡設備熱備部署模式。

【51CTO.com 獨家特稿】在網絡和數據中心的核心區域，網絡和服務器的熱備部署已是非常普遍的部署模式。下面就用三則實例介紹網絡中，網絡設備常用的熱備部署模式。以便大家在以后的工作中，能夠根據自己的網絡實際情況，選擇正確的網絡設備熱備部署模式。

圖1 二層交換機的熱備份部署模式

一、二層交換機的熱備份部署模式

這種熱備份部署模式在網絡中也是最常見、最簡單的部署方式，一般在網絡的分布層比較常見。為了實現交換機的冗余性，或者為了保障連接在交換機上的服務器的持續穩定運行，通常采用這種部署方式。因為服務器的運行，一般都要保證7X24小時的連續運轉。所以，采用這種部署模式也比較合適。如圖1所示，是二層交換機的熱備份部署拓撲圖，共包括兩臺Cisoc 2960交換機和兩臺服務器，結構比較清晰。

設備間的連接情況如下所示：

Cisco2960A GigabitEthernet0/1 <-----> Server1 Eth0  
Cisco2960A GigabitEthernet0/2 <-----> Server2 Eth0  
Cisco2960B GigabitEthernet0/1 <-----> Server1 Eth1  
Cisco2960B GigabitEthernet0/2 <-----> Server2 Eth1  
Cisco2960A GigabitEthernet0/24 <-----> Cisco2960B GigabitEthernet0/24  
Server1 Eth2 <-----> Server2 Eth2

Server1的IP地址為192.168.2.11，子網掩碼為255.255.255.0，Server2的IP地址為192.168.2.12，子網掩碼為255.255.255.0。兩臺服務器上的Eth0和Eth1兩塊網卡是綁定在一起的，例如Server1的Eth0和Eth1的兩塊網卡與外部進行數據通信時，兩個網卡使用的IP地址都是192.168.2.11/24，若一塊網卡故障的話，另一塊網卡會繼續保持與外界的通信，并不會影響服務器的正常運行。目前，有很多軟件都能實現這種雙網卡綁定的功能，例如RoseHA、NIC Express等。

Server1和Server2是主備模式運行，它們之間的網線連接相當于一條心跳線。兩臺服務器都安裝有雙機軟件，雙機軟件時刻監控主備Server的各項參數，并通過心跳線傳輸控制信息。

雙機軟件監控的參數可以是服務器的網卡、數據庫，以及各種應用的運行情況等，若發現其中的任意一項參數不正常，雙機軟件都會通過心跳線傳輸控制信息，從而讓備用服務器變為活動服務器，以接管原來主服務器的各項應用，而讓原來的主服務器變為備服務器。在這種情況下，外界的用戶根本感覺不到后臺服務器的切換，也就不影響用戶對各種應用的體驗。

Cisco 2960A的主要配置如下所示：

hostname Cisco2960A  
!  
interface GigabitEthernet0/1  
 description LinkServer1Eth0  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet0/2  
 description LinkServer2Eth0  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet0/24  
 description Link2960B_0/24  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 192.168.2.1 255.255.255.0  
 !  
ip default-gateway 192.168.2.254

Cisco 2960B上的主要配置如下所示：

hostname Cisco2960B  
!  
interface GigabitEthernet0/1  
 description LinkServer1Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet0/2  
 description LinkServer2Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet0/24  
 description Link2960A_0/24  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 172.16.2.2 255.255.255.0  
 !  
ip default-gateway 172.16.2.254

兩臺交換機通過Trunk線連接，這樣圖1中的四臺設備實際上都處于同一個VLAN，即VLAN2中。兩臺交換機上Vlan2的IP地址是作為管理地址使用的，這樣用戶在兩臺服務器上，也可以通過遠程登錄到交換機上，對交換機進行遠程配置和管理。

這種配置模式可以保證兩臺交換機中的任意一臺故障的話，也不會影響服務器上業務的正常運行。例如Cisco 2960A故障的話，Server1可以通過它上面的Eth1網卡連接到Cisco 2960B，再連到網絡中。Server2也可以通過它上面的Eth1連接到Cisco 2960B，再連到網絡中。同樣，若是Cisco 2960B故障的話，也不會影響兩臺服務器的正常運轉。這種模式的應用也就避免了交換機和服務器的單點故障。#p#

二、三層網絡設備的熱備份部署模式

上面的例子中，使用的網絡設備是Cisco 2960，屬于二層設備。如果網絡設備是三層設備，如三層交換機或路由器的話，要實現熱備的功能，就需要應用到具體的協議。若是Cisco的設備，可以使用HSRP、VRRP和GLBP協議。HSRP（Hot Standby Router Protocol，熱備份路由器協議）和GLBP（Gateway Load Balancing Protocol，網關負載均衡協議）是思科專有協議，只能在思科設備上使用。而VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由冗余協議）是公有協議，既可以在思科設備上使用，也可以在H3C設備上使用。

圖2 三層網絡設備的熱備份部署模式

下面就以三層交換機Cisco 3750為例，介紹HSRP協議在網絡設備熱備份功能上的應用。如圖2所示，網絡結構圖和"一"中的網絡結構一樣，只是網絡設備換成了Cisco 3750。

設備間的連接情況如下所示：

Cisco3750A GigabitEthernet1/0/1 <-----> Server1 Eth0  
Cisco3750A GigabitEthernet1/0/2 <-----> Server2 Eth0  
Cisco3750B GigabitEthernet1/0/1 <-----> Server1 Eth1  
Cisco3750B GigabitEthernet1/0/2 <-----> Server2 Eth1  
Cisco3750A GigabitEthernet1/0/25 <----> Cisco3750B GigabitEthernet1/0/25  
Server1 Eth2 <-----> Server2 Eth2

在上面的連接中，Cisco 3750A和Cisco3750B之間通過G1/0/25連接，使用的是光纖連接，而其它連接都使用的都是雙絞線。

在Cisco 3750A上的主要配置如下所示：

hostname Cisco3750A  
!  
interface GigabitEthernet1/0/1  
 description LinkServer1Eth0  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/2  
 description LinkServer1Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/25  
 description Link3750B_1/0/25  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 192.168.2.252 255.255.255.0  
 standby 2 ip 192.168.2.254  
 standby 2 priority 120  
 standby 2 preempt

其中命令"ip address 192.168.2.252 255.255.255.0"是給指定的VLAN配置IP地址。

命令"standby 2 priority 120"中的"priority"是配置HSRP的優先級，2為組序號，它的取值范圍為0～255，120為優先級的值，取值范圍為0～255，數值越大優先級越高。

優先級將決定一臺路由器在HSRP備份組中的狀態，優先級***的路由器將成為活動路由器，其它優先級低的路由器將成為備用路由器。當活動路由器失效后，備用路由器將替代它成為活動路由器。當活動和備用路由器都失效后，其它路由器將參與活動和備用路由器的選舉工作。優先級都相同時，接口IP地址高的將成為活動路由器。

"preempt"是配置HSRP為搶占模式。如果需要高優先級的路由器能主動搶占成為活動路由器，則要配置此命令。配置preempt后，能夠保證優先級高的路由器失效恢復后總能成為活動路由器。活動路由器失效后，優先級***的備用路由器將處于活動狀態，如果沒有使用preempt技術，則當活動路由器恢復后，它只能處于備用狀態，先前的備用路由器代替其角色處于活動狀態。

命令"standby 2 ip 192.168.2.254"作用是啟動HSRP，如果虛擬IP地址不指定，路由器就不會參與備份。虛擬IP應該是接口所在的網段內的地址，不能配置為接口上的IP地址。

在Cisco 3750B上的主要配置如下所示：

hostname Cisco3750B  
!  
interface GigabitEthernet1/0/1  
 description LinkServer1Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/2  
 description LinkServer2Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/25  
 description Link3750A_1/0/25  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 192.168.2.253 255.255.255.0  
 standby 2 ip 192.168.2.254  
 standby 2 priority 120  
 standby 2 preempt

另外，可以使用其它一些命令，查看HSRP的運行狀態，如"debug standby events detail"命令是顯示HSRP事件；命令"debug standby error"是顯示HSRP錯誤。另外，還有命令"show standby brief"是顯示路由器上一些HSRP簡要的信息，如下所示是在Cisco 3750A上執行此命令的顯示結果：

Cisco3750A#show standby brief  
                   P indicates configured to preempt.  
                   |  
Interface  Grp  Prio  P State   Active  Standby       Virtual IP       
Vl2       2   120   P Active  local  172.16.81.252  172.16.81.254

這種部署模式中，服務器上的配置，及網線連接情況和"一"中的一樣，也是雙機熱備部署模式。需要注意的是在兩臺服務器上配置IP地址時，默認網關的地址一定要寫成192.168.2.254，不能寫成192.168.2.252或192.168.2.253。因為Cisco 3750中的VLAN 2和外部進行數據通信時，使用的就是192.168.2.254這個IP地址，而不是其它兩個。

這種模式中，兩臺交換機同樣可以起到熱備的功能，任意一臺交換機故障并不會影響到另外一臺交換機，和兩臺服務器的正常運行。也就解決了網絡設備的單點故障。這種部署模式一般應用在網絡的核心層，在高性能的三層交換機或路由器上進行部署，擔負整個網絡核心數據的路由、交換功能。#p#

三、網絡設備熱備份功能的混合部署模式

圖3 網絡設備熱備份功能的混合部署模式

目前，在大部分的網絡中，為了不影響用戶對各種業務應用的連續不間斷使用，在網絡的核心層和分布層網絡設備上，都使用了設備的熱備份功能。下面的例子其實就是上面"一"和"二"兩種部署模式的混合使用，如圖3所示。只是在分布層使用的交換機為Cisco 3750，而不是Cisco 2960。因為在性能上3750還是比2960優越很多。只不過沒有使用Cisco 3750上的三層路由功能，而只使用了它的二層交換功能。

圖3部署模式設備間的連接情況如下所示：

Cisco4506A GigabitEthernet1/1 <----> Cisco4506B GigabitEthernet1/1  
Cisco4506A GigabitEthernet2/1 <----> Cisco3750A GigabitEthernet1/0/28  
Cisco4506B GigabitEthernet2/1 <----> Cisco3750B GigabitEthernet1/0/28  
Cisco3750A GigabitEthernet1/0/1 <-----> Server1 Eth0  
Cisco3750A GigabitEthernet1/0/2 <-----> Server2 Eth0  
Cisco3750B GigabitEthernet1/0/1 <-----> Server1 Eth1  
Cisco3750B GigabitEthernet1/0/2 <-----> Server2 Eth1  
Cisco3750A GigabitEthernet1/0/25 <----> Cisco3750B GigabitEthernet1/0/25  
Server1 Eth2 <-----> Server2 Eth2

在上面的連接中，Cisco 4506A和Cisco 4506B之間的連接， Cisco 4506和Cisco 3750之間的連接，以及Cisco 3750A和Cisco 3750B之間的連接都是通過光纖連接的。而其它的連接使用的都是雙絞線的連接。

在Cisco 4506A和Cisco 4506B上的主要配置和在"二"中Cisco 3750上的配置基本一致，因為它們都是屬于三層設備上的配置，如下所示。

在Cisco 4506A上的主要配置：

hostname Cisco4506A  
!  
interface GigabitEthernet1/1  
 description Link4506B_1/1  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface GigabitEthernet2/1  
 description Link3750A  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 192.168.2.252  255.255.255.0  
standby 2 ip 192.168.2.254  
 standby 2 priority 120   
standby 2 preempt

在Cisco 4506B上的主要配置：

hostname Cisco4506B  
!  
interface GigabitEthernet1/1  
 description Link4506A_1/1  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface GigabitEthernet2/1  
 description Link3750B  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
ip address 192.168.2.253  255.255.255.0  
standby 2 ip 192.168.2.254  
 standby 2 priority 120   
standby 2 preempt

在Cisco 3750A和Cisco 3750B上的主要配置，和在上面 "一"中的Cisco 2960上的配置基本一致，因為它們都屬于二層設備上的配置，如下所示。

在Cisco 3750A上的主要配置：

hostname Cisco3750A  
!  
interface GigabitEthernet1/0/1  
 description LinkServer1Eth0  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/2  
 description LinkServer1Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/25  
 description Link3750B_1/0/25  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface GigabitEthernet1/0/28  
 description Link4506A  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 192.168.2.1 255.255.255.0  
ip default-gateway 192.168.2.254

在Cisco 3750B上的主要配置：

hostname Cisco3750B  
!  
interface GigabitEthernet1/0/1  
 description LinkServer1Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/2  
 description LinkServer2Eth1  
 switchport access vlan 2  
 switchport mode access  
!  
interface GigabitEthernet1/0/25  
 description Link3750A_1/0/25  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface GigabitEthernet1/0/28  
 description Link4506B  
 switchport trunk encapsulation dot1q  
 switchport trunk allowed vlan 2  
 switchport mode trunk  
!  
interface Vlan2  
 ip address 192.168.2.2 255.255.255.0  
ip default-gateway 192.168.2.254

圖3所示的部署模式，也是目前一些大、中型企業中常用的一種部署模式。一般核心層的網絡設備不會太多，也就二至四臺，但分布層中的設備，如圖3中的Cisco 3750就會部署很多臺。可以根據單位部門的不同，或不同的樓宇部署在不同的位置。在分布層的設備上一般還會連接有很多的接入層交換機，這些設備一般都不會使用熱備份功能的部署模式。因為它們都是通過機房中的配線架直接就連接到了用戶的電腦上了，若是有一臺接入層的交換機故障了，它只是影響了很小的一部分用戶。所以，網絡中對接入層交換機的可靠性要求并不是很高，也就沒有必要使用熱備份的部署模式。

四、總結

1、HRSP主要用在源主機無法動態學習到網關IP地址的情況下，防止默認路由失敗。它類似于服務器的HA群集，兩臺或更多的路由器以同樣的方式配置成Cluster，創建出單個的虛擬路由器，然后客戶端將網關指向該虛擬路由器，***由HSRP決定哪個路由器扮演真正的默認網關。HRSP組里的每個成員路由器仍然是標準的路由器，客戶端仍然可以將成員路由器配置成其默認網關。HRSP選擇優先級***的路由器為活動路由器。如果優先級相同，則IP地址高的成為活動路由器。在HRSP組中，只允許同時存在一個活動路由器，其它路由器都處于備用狀態，備用路由器不轉發數據包。如果備用路由器持續不斷地收到活動路由器發來的Hello包，則其會一直處于備用狀態。一旦備用路由器在規定的時間內沒有收到Hello包，則認為活動路由器失效，優先級***的備用路由器就接替活動路由器的角色，開始轉發數據包。

VRRP是不同設備廠家之間共同遵循的標準。它負責從路由器組中選擇一個作為Master，然后客戶端使用虛擬路由器地址作為其默認網關。一個兩成員的HSRP組必須使用三個地址，每個路由器一個實IP地址，HSRP組一個虛擬IP地址。而一個兩成員的VRRP組只需要使用兩個IP地址。Master設備的Interface Ip即為VRRP組的虛擬IP地址。若Master設備故障后，備用的設備將接管該IP。不過VRRP也可以像HSRP一樣使用兩個實IP地址和一個虛IP地址。

GLBP不僅提供冗余網關，還在各網關之間提供負載均衡。而HRSP、VRRP都是選定一個活動路由器，備用路由器則處于閑置狀態。和HRSP不同的是，GLBP可以綁定多個MAC地址到虛擬IP，從而允許客戶端選擇不同的路由器作為其默認網關，而網關地址仍使用相同的虛擬IP，從而實現一定的冗余功能。GLBP選舉活動網關時，優先級***的路由器成為活動路由器，其它非活動的則提供冗余功能。若某路由器被推舉為活動路由器后，它就分配虛擬的MAC地址給其他GLBP組成員。所有的GLBP組中的路由器都轉發數據包，但是各路由器只負責轉發與自己的虛擬MAC地址相關的數據包。

2、以上三種網絡設備熱備的部署模式主要是根據網絡的規模，和具體的實際應用情況進行選擇部署。模式"一"和"二"從網絡的拓撲上看沒什么區別，但在模式一中所有數據都是在一個網段中進行傳輸的，也就是以廣播的方式發送和傳輸數據。而在模式二中涉及到了不同網段之間數據的路由，它能把一個大的廣播域分割成多個更小的廣播域，從而提高鏈路帶寬的利用率。所以說模式一和模式二在運行本質上是不一樣的。而部署模式三是模式一和二的綜合，適用于更大型的網絡。

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責任編輯：佟健來源： 51CTO.com

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