در یک شبکه lan، اگر تمامی بسته ها به مقصد سگمنت های دیگر شبکه توسط روتری یکسان فرستاده شوند، هنگامی که gateway از کار بیافتد، همه ی هاست هایی که از آن روتر به عنوان next-hop پیش فرض استفاده می کنند در برقراری ارتباط با شبکه های خارجی موفق نخواهند بود. برای رفع این مشکل، سیسکو پروتکل اختصاصی HSRP را ارائه داده است که برای gateway ها در یک lan ، افزونگی ایجاد می کند تا قابلیت اطمینان شبکه را افزایش دهد.

پروتکل HSRP چیست ؟

یکی از راه های دستیابی به uptime نزدیک به 100 درصد در شبکه، استفاده از پروتکل HSRP است که افزونگی را در شبکه های IP ، ارائه می دهد. HSRP تضمین خواهد کرد که به هنگام ایجاد خطا در دستگاه ها یا مدارهای دسترسی که در لبه (edge) شبکه قرار دارند، ترافیک های کاربر بلافاصله به بیرون شبکه ارسال شوند.

با به اشتراک گذاشتن یک آدرس IP و آدرس MAC (لایه 2) میان دو یا تعدادی بیشتری از روترها، آنها می توانند به عنوان یک روتر مجازیِ واحد (virtual router) عمل نمایند. روترهای عضو در این گروه، به طور مستمر برای رصد وضعیت روترهای دیگر پیام هایی را با یکدیگر مبادله می نمایند. در نتیجه هر روتر مسئولیت مسیریابی روتری دیگر را نیز بر عهده خواهد گرفت. و بر پایه این پروتکل، هاست ها می توانند بسته های IP را به آدرس MAC و IP پایداری ارسال نمایند.

مکانیزم های پویا برای تشخیص روتر

در ادامه مکانیزم های موجود برای تشخیص روتر توسط هاست تشریح می شود. بسیاری از این مکانیزم ها منجر به تاب آوری (resiliency) بیشترِ شبکه نمی شوند. این مسئله به این معنا می تواند باشد که در ابتدا برای پروتکل ها  قابلیت تاب آوریِ شبکه در نظر گرفته نمی شد یا اینکه اجرای پروتکل برای هر هاست از شبکه ممکن نبود. باید این را در نظر داشته باشید که بسیاری از هاست ها، تنها مجوز تنظیمِ default gateway را به شما می دهند.

Proxy Address Resolution Protocol

برخی از هاست ها از پروتکل (proxy Address Resolution Protocol (ARP برای انتخاب یک روتر استفاده می کنند. هنگامی که یک هاست proxy ARP را اجرا می کند، به منظور دستیابی به آدرس IP هاستی که قصد ارتباط با آن را دارد، یک درخواست ARP ارسال می کند. فرض کنید روتر A در شبکه، از طرف هاستِ مقصد پاسخ می دهد و آدرس MAC اش را در اختیار می گذارد. به واسطه ی پروتکل ARP ، هاست مبدا با هاست راه دور به گونه ای برخورد می کند که گویی به همان سگمنت از شبکه متصل است. اگر روتر A از کار بیافتد، هاست مبدا به ارسال بسته ها به هاست مقصد از طریق آدرس MAC مربوط به روتر A ادامه می دهد، با آنکه این بسته ها به مقصدی ارسال نمی شوند و از بین می روند. شما می توانید منتظر بمانید تا پروتکل ARP ، آدرس MAC یک روتر دیگر بر روی همان سگمنت ،به فرض روتر B ، را به دست آورد. آدرس روتر B از طریق ارسال یک درخواستِ دیگر ARP یا راه اندازی مجددِ هاست مبدا برای ارسال درخواست ARP به دست می آید. از طرف دیگر برای مدت زمانی قابل توجه، هاست مبدا نمی تواند با هاست راه دور ارتباط برقرار کند، با وجود اینکه انتقال بسته هایی که پیش از این توسط روتر A ارسال می شدند از طریق روتر B میسر می شود.

Dynamic Routing Protocol

برخی از هاست ها یک پروتکل مسیریابی پویا همچون (Routing Information Protocol (RIP یا (Open Shortest Path First (OSPF را اجرا می کنند تا روترها را بیابند. نقطه ضعفِ پروتکل RIP، سرعتِ کُندِ آن برای به کارگیری تغییرات در توپولوژی است. اجرای یک پروتکل مسیریابی پویا بر روی هر هاست، به دلایلی ممکن است، عملی نباشد. که این دلایل شاملِ administrative overhead ، processing overhead ، مسائل امنیت یا عدم امکانِ پیاده سازی پروتکل بر روی برخی از پلتفرم ها می شود.

(ICMP Router Discovery Protocol (IRDP

به هنگام عدم دسترسی پذیری به یک مسیر، برخی از هاست های جدیدتر از IRDP برای یافتن روتری جدید استفاده می کنند. هاستی که IRDP را اجرا می کند به پیام های multicast دریافت شده از روتر پیش فرضِ خود گوش فرا می دهد و هنگامی که پس از مدتی پیام های hello را دریافت نکند، از یک روتر جایگزین بهره می برد.

Dynamic Host Configuration Protocol

پروتکل DHCP مکانیزمی را برای انتقال اطلاعات کانفیگ به هاست ها بر روی شبکه TCP/IP ارائه می دهد. این اطلاعات کانفیگ معمولا شامل آدرس IP و default gateway می شود. اگر default gateway از کار بیافتد، هیچ مکانیزمی برای تغییر به روتری جایگزین وجود ندارد.

عملیات HSRP

در بسیاری از هاست ها تشخیص پویا پشتیبانی نمی شود. بنا به دلایلی که پیشتر ذکر شد، اجرای یک مکانیزم تشخیص پویای روتر بر روی هر هاست از شبکه نیز ممکن است تحقق پذیر نباشد. در نتیجه پروتکل HSRP برای این هاست ها failover service را فراهم می کند.

با استفاده از HSRP ، مجموعه ای از روترها به صورت همزمان فعالیت می کنند تا به عنوان یک روتر مجازی واحد به هاست های موجود بر روی LAN نشان داده می شوند. این مجموعه به عنوان گروه HSRP یا گروه standby شناخته می شوند. یک روترِ برگزیده از این گروه مسئولیت ارسال بسته هایی را بر عهده دارد که هاست ها به روتر مجازی می فرستند. این روتر به عنوان Active router شناخته می شود و روتر دیگر به عنوان Standby router انتخاب می شود. هنگامی که روتر Active از کار بیافتد، روتر standby وظایفِ ارسال بسته را بر عهده می گیرد. با وجود آنکه تعداد دلخواهی از روترها پروتکل HSRP را می توانند اجرا نمایند، تنها روتر Active ، بسته هایی را ارسال می کند که به روتر مجازی فرستاده شده اند.

برای به حداقل رساندن ترافیک شبکه، به محض اینکه پروتکل فرآیند انتخاب را کامل کرد، تنها روترهای Active و standby پیام های HSRP را به صورت دوره ای می فرستند. اگر روتر Active از کار بیافتد، روتر standby به عنوان روتر Active فعال خواهد شد. اگر یک روتر standby از کار بیافتد یا به یک روتر Active تبدیل شود، سپس روتر دیگری به عنوان روتر standby انتخاب می شود.

بر روی یک LAN مشخص، چندین گروه standby  همزمان می توانند حضور و یا همپوشانی داشته باشند. هر گروه standby یک روتر مجازی را شبیه سازی می کنند. روتری مشخص ممکن است در چندین گروه شرکت داشته باشد. در چنین مواقعی، روتر تایمر و وضعیت هر گروه را به صورت جداگانه نگهداری می کند.

هر گروه standby یک آدرس MAC و یک آدرس IP دارد.

ارتباطات در HSRP

با استفاده از پروتکل HSRP سه نوع از پیام های multicast میان دستگاه ها رد و بدل می شود:

Hello – پیام hello میان دستگاه های Active و Standby ارسال می شود (به صورت پیش فرض هر 3 ثانیه). اگر دستگاه Standby به مدت 10 ثانیه از سمت Active پیامی دریافت نکند، خودش نقش Active را بر عهده خواهد گرفت.

Resign – پیام resign از طرف روترِ active فرستاده می شود، هنگامی که این روتر قرار است آفلاین شود یا به دلایلی از نقش Active صرف نظر کند. این پیام به روتر Standby می گوید که برای نقش Active آماده شود.

Coup – پیام coup هنگامی استفاده می شود که روتر Standby می خواهد به عنوان روتر Active فعال شود (preemption).

وضعیت روترها در HSRP

روترها در پروتکل HSRP در یکی از وضعیت های زیر قرار می گیرند:

Active – حالتی است که ترافیک در حال ارسال است.

Init یا Disabled – حالتی است که روتر آماده نیست یا قادر به شرکت در فرآیند HSRP نیست.

Learn – حالتی است که هنوز آدرس IP مجازی تعیین نشده است و پیام hello از طرف روتر Active دیده نشده است.

Listen – حالتی است که یک روتر پیام های hello را دریافت می کند.

Speak – حالتی است که روتر پیام های hello را می فرستد و دریافت می کند.

Standby – حالتی است که روتر آماده می شود تا وظایف ارسال ترافیکِ مربوط به روتر Active را بر عهده بگیرد.

ویژگی های HSRP

Preemption

ویژگیِ Preemption در HSRP بلافاصله روتری با حداکثر اولویت را به عنوان روتر Active فعال می سازد. اولویت روتر در ابتدا از طریق مقدار priority تعیین می شود که توسط شما تنظیم شده است و سپس به واسطه آدرس IP . هرچه این مقدار بیشتر باشد، اولویت بالاتر است.

وقتی که یک روتر با اولویت بیشتر حق تقدم می یابد، یک پیام coup می فرستد. هنگامی که یک روتر Active با اولویتی کمتر پیامِ coup یا پیامِ hello را از یک روتر با اولویتی بالاتر دریافت کند، به وضعیت speak تغییر می کند و یک پیامِ resign می فرستد.

Preempt Delay

این ویژگی منجر خواهد شد که فرآیند preemption برای مدت زمانی قابل تنظیم به تعویق بیافتد، و در نتیجه روترِ با اولویت بالا اجازه خواهد یافت که پیش از دریافت نقشِ Active، جدول routing خود را پُر نماید.

Interface Tracking

این ویژگی به شما اجازه خواهد داد که اینترفیسی را بر روی روتر، برای نظارت بر فرآیند HSRP تعیین نمایید تا اولویت HSRP را برای گروهی معین تغییر دهد.

اگر line protocol مربوط به اینترفیس مشخص شده down شود، اولویت HSRP مربوط به این روتر کاهش یافته است. در نتیجه به روتر دیگری با اولویت بالاتر اجازه داده می شود تا Active شود. برای اینکه از Interafece Tracking در HSRP استفاده نمایید دستور زیر را به کار برید:

[Standby [group] track interface [priority

Multiple HSRP Group

ویژگی MHSRP به نسخه 10.3 از Cisco IOS اضافه شد. این ویژگی به اشتراک گذاری load و افزونگی در شبکه را در اختیار می گذارد. و اجازه خواهد داد که روترهای افزونه به طور کامل مورد بهره برداری قرار گیرند. در حالی که روتری در نقش Active ترافیکِ یک گروهِ HSRP را ارسال می کند، در همان حال در گروهی دیگر می تواند در وضعیت standby یا listen قرار بگیرد.

آدرس MAC و IP مجازی

آدرس IP مجازی توسط ادمین شبکه کانفیگ می شود. هاست آدرسِ IP مربوط به default gateway خود را برابر با این آدرس IP مجازی خواهد گذاشت و در این حالت روترِ Active به آن پاسخ خواهد داد. آدرس MAC مجازی بر طبق الگوی زیر ایجاد می شود:

##.0000.0C07.AC

بخشِ 0000.0C مربوط به شناسه OUI شرکت Cisco است. بخشِ 07.AC ،شناسه ی اعمال شده برای پروتکلِ HSRP است و ## شناسه ی گروه HSRP است که توسط ادمین شبکه کانفیگ می شود.

**************

برای پروتکل HSRP دو نسخه ارائه شده است که با توجه به نوع سوئیچ لایه 3 یا روتری که در اختیار دارید، می توانید یکی از این دو نسخه را استفاده نمایید. در زیر جدول تفاوت این دو نسخه آورده شده است.

برای تنظیمِ پروتکل HSRP بر روی سوئیچ سیسکو لایه 3 و روتر سیسکو می توانید از این لینک کمک بگیرید.