【HSRP】基本設定とHelloパケット

HSRP（Hot Standby Router Protocol）は、Cisco 独自のゲートウェイ冗長化プロトコルです。2台のルータで1つの仮想ゲートウェイアドレスを共有し、端末にはその仮想アドレスをデフォルトゲートウェイとして設定します。片方のルータが故障しても、もう片方が仮想アドレスを引き継ぐので、端末の設定を変えずに通信を続けられます。

この記事では、HSRP の基本設定を行い、端末からの疎通と ARP、show standby の表示、ルータ間でやり取りされる Hello パケットを確認します。

HSRP の仕組み

HSRP では、2台以上のルータで「仮想ルータ」を作ります。仮想ルータは、仮想 IP アドレスと仮想 MAC アドレスを持ち、実際にはその時点の Active ルータが仮想ルータとしてパケットを転送します。Standby ルータは Hello パケットで Active ルータを見守り、Active ルータの Hello が届かなくなると代わりに Active になります。

検証構成

セグメント 192.168.23.0/24 の端末から、R5 のループバック 5.5.5.5 へ通信できるようにします。端末のデフォルトゲートウェイは 192.168.23.254 です。R2 と R3 で仮想ゲートウェイアドレス 192.168.23.254 の HSRP を設定し、R2 を Active、R3 を Standby として動作させます。

R2・R3・R5 の間は、あらかじめ EIGRP でルーティングできる状態にしてあります。R2・R3 の LAN 側は、サブインターフェイス FastEthernet0/0.23（VLAN 23）です。

HSRP の設定と確認

R2・R3 に HSRP を設定する

HSRP の基本設定は次のとおりです。LAN 側のインターフェイスで、standby コマンドにグループ番号を付けて設定します。

R2

R2(config)#int fastEthernet 0/0.23
R2(config-subif)#standby 1 ip 192.168.23.254
R2(config-subif)#standby 1 priority 105

R3

R3(config)#int fastEthernet 0/0.23
R3(config-subif)#standby 1 ip 192.168.23.254

端末から疎通と ARP を確認する

端末から R5（5.5.5.5）へ ping を実行します。

端末

$ ping 5.5.5.5
84 bytes from 5.5.5.5 icmp_seq=1 ttl=254 time=19.347 ms
84 bytes from 5.5.5.5 icmp_seq=2 ttl=254 time=12.447 ms
84 bytes from 5.5.5.5 icmp_seq=3 ttl=254 time=12.124 ms
84 bytes from 5.5.5.5 icmp_seq=4 ttl=254 time=15.587 ms
84 bytes from 5.5.5.5 icmp_seq=5 ttl=254 time=12.781 ms

応答が返ってきました。応答の ttl=254 は、R5 が送った TTL 255 のパケットが、ルータを1台（Active の R2）通って届いたことを示しています。

次に、端末の ARP テーブルを確認します。

端末

＄　arp         
00:00:0c:07:ac:01  192.168.23.254 expires in 114 seconds

デフォルトゲートウェイ 192.168.23.254 の MAC アドレスは 00:00:0c:07:ac:01 です。これは R2 や R3 の実際の MAC アドレスではなく、R2 と R3 が共有する HSRP の仮想 MAC アドレスです。HSRPv1 の仮想 MAC アドレスは 0000.0c07.acXX の形で、末尾の XX にグループ番号（今回は 1）が16進数で入ります。

ARP リプライのキャプチャ

端末が仮想ゲートウェイアドレスの ARP を要求すると、Active ルータが応答します。ARP リプライをキャプチャすると、次のように表示されます。

▸ Ethernet II, Src: All-HSRP-routers_01 (00:00:0c:07:ac:01), Dst: Private_66:6…▸ 802.1Q Virtual LAN, PRI: 0, DEI: 0, ID: 23▾ Address Resolution Protocol (reply)    Hardware type: Ethernet (1)    Protocol type: IPv4 (0x0800)    Hardware size: 6    Protocol size: 41    Opcode: reply (2)2    Sender MAC address: All-HSRP-routers_01 (00:00:0c:07:ac:01)    Sender IP address: 192.168.23.254    Target MAC address: Private_66:68:00 (00:50:79:66:68:00)    Target IP address: 192.168.23.100

show standby で状態を確認する

show standby brief：状態を一覧で見る

Active／Standby の状態や仮想 IP アドレスを、1行で簡単に確認できます。

R2

R2#show standby brief 
                     P indicates configured to preempt.
                     |
Interface   Grp  Pri P State   Active          Standby         Virtual IP
Fa0/0.23    1    105   Active  local           192.168.23.3    192.168.23.254

R3

R3#show standby brief 
                     P indicates configured to preempt.
                     |
Interface   Grp  Pri P State   Active          Standby         Virtual IP
Fa0/0.23    1    100   Standby 192.168.23.2    local           192.168.23.254

show standby：詳しい状態を見る

R2

R2#show standby 
FastEthernet0/0.23 - Group 1
  State is Active
    2 state changes, last state change 00:27:48
  Virtual IP address is 192.168.23.254
  Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac01
    Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac01 (v1 default)
  Hello time 3 sec, hold time 10 sec
    Next hello sent in 2.608 secs
  Preemption disabled
  Active router is local
  Standby router is 192.168.23.3, priority 100 (expires in 8.960 sec)
  Priority 105 (configured 105)
  Group name is "hsrp-Fa0/0.23-1" (default)

R3

R3#show standby 
FastEthernet0/0.23 - Group 1
  State is Standby
    1 state change, last state change 00:27:42
  Virtual IP address is 192.168.23.254
  Active virtual MAC address is 0000.0c07.ac01
    Local virtual MAC address is 0000.0c07.ac01 (v1 default)
  Hello time 3 sec, hold time 10 sec
    Next hello sent in 0.608 secs
  Preemption disabled
  Active router is 192.168.23.2, priority 105 (expires in 10.080 sec)
  Standby router is local
  Priority 100 (default 100)
  Group name is "hsrp-Fa0/0.23-1" (default)

ルータ間の Hello パケットを確認する

HSRP のルータどうしは、Hello パケットを定期的に送り合って Active／Standby の関係を維持します。HSRPv1 の Hello は、既定で 3 秒ごとに、マルチキャストアドレス 224.0.0.2 宛てに UDP ポート 1985 で送られます。Active と Standby の両方が Hello を送ります。

▸ Frame 99: 66 bytes on wire (528 bits), 66 bytes captured (528 bits)▸ Ethernet II, Src: All-HSRP-routers_01 (00:00:0c:07:ac:01), Dst: IPv4…▸ 802.1Q Virtual LAN, PRI: 0, DEI: 0, ID: 232▸ Internet Protocol Version 4, Src: 192.168.23.2, Dst: 224.0.0.2▸ User Datagram Protocol, Src Port: 1985, Dst Port: 1985▾ Cisco Hot Standby Router Protocol3    Version: 04    Op Code: Hello (0)    State: Active (16)5    Hellotime: Default (3)    Holdtime: Default (10)6    Priority: 105    Group: 1    Reserved: 07    Authentication Data: Default (cisco)8    Virtual IP Address: 192.168.23.254

HSRP の状態

Hello の State には、送信元ルータの状態が入ります。HSRP のルータは、起動後に次の状態を順に進みます。

Active ルータが故障したときの動き

この記事では切り替えの試験はしていませんが、HSRP の基本的な動きは次のとおりです。

1. Active の R2 が故障すると、R2 からの Hello が届かなくなります。
2. R3 は Hold タイム（10 秒）の間 Hello を受け取れないと、R2 が故障したと判断して Active になります。
3. 新しく Active になった R3 は、仮想 MAC アドレスで Gratuitous ARP を送ります。スイッチの MAC アドレステーブルが R3 側に切り替わり、端末のパケットは R3 に届くようになります。
4. 端末から見たデフォルトゲートウェイの IP アドレスと MAC アドレスは変わらないので、端末側の操作は不要です。

Hold タイムを待つ分、切り替えには最大で 10 秒ほどかかります。短くしたい場合は standby 1 timers で Hello／Hold タイムを調整します。また、ルータ自体は動いていても上位側の回線が切れた場合に切り替えたいときは、standby 1 track でインターフェイスやオブジェクトを監視し、障害時に優先度を下げる設定を組み合わせます（このときは、もう片方のルータにプリエンプトが必要です）。

うまく動かないときの切り分け

まとめ

HSRP の基本設定と、仮想 MAC アドレス・Hello パケットの中身を確認しました。設定と確認のポイントをまとめます。

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