每个网络都有一个网关地址，用于在本地网络之外发送数据包。网关地址是路由器自身面对本地网络的内部接口地址。
在大多数环境中，拥有备份网关至关重要。由于硬件故障而造成的短暂中断可能会使网络瘫痪，因为一个网络中的计算机无法将任何数据包发送到外部网络。考虑以下示例。
在上图中，您可以看到主机A只有一条路径可以将包发送到本地网络之外。如果第3层交换机暂时不可用，则主机A将无法访问网关以外的所有资源。
思科设备支持三种协议以实现网关冗余：
- 热备路由器协议（HSRP）
- 虚拟路由器冗余协议（VRRP）
- 网关负载平衡协议（GLBP）
请记住，即使网络中有多个网关接口，主机也应仅具有一个网关地址。在本文中，我们将描述HSRP和VRRP协议。
热备路由器协议（HSRP）
思科开发了一种协议，允许多个路由器或多层交换机充当单个网关。这可以通过 为HSRP组中的所有路由器分配虚拟IP和虚拟MAC地址来完成。虚拟IP地址是由网络管理员分配的，它是网关地址。虚拟MAC是以下格式的保留地址：
0000.0c07.acxx
xx代表十六进制的HSRP组号，它是介于0到255之间的数字。
例如，如果HSRP组号为8，则所得的虚拟MAC地址将为0000.0c07.ac08。HSRP路由器可以具有以下角色之一：
- 活动Active： 当前充当网关的路由器。
- 备用Standby： 备用路由器到活动路由器。
- 侦听Listening： 参与HSRP组的所有其他路由器。
请记住，每个HSRP组仅允许一个活动路由器和一个备用路由器。Hello数据包用于选择HSRP角色并确保所有路由器都正常工作。如果活动路由器发生故障，备用路由器将立即变为活动路由器，并且处于侦听模式的路由器之一将变为“待机”。在Cisco设备中，默认情况下，每3秒发送一次Hello数据包。
根据优先级选择HSRP路由器的角色。 优先级可以在0到255的范围内。默认数字是100。优先级较高的优先选择活动路由器。
在上面的示例中，交换机B被选择为活动网关，因为它的优先级号高于交换机A。如果所有优先级都相等，则将选择HSRP接口中IP地址最高的路由器作为活动路由器。
不同的HSRP状态
参与HSRP的路由器接口在成为活动或备用路由器之前必须通过几种状态：
- 禁用Disable：表示该接口未配置用于HSRP或未通过管理方式关闭。
- 初始Initial：首次配置HSRP时，接口以初始状态开始。
- 学习Learn：如果接口不知道虚拟IP地址，则进入此状态。
- 侦听Listen：在此状态下，接口知道虚拟IP地址，但不会选择作为活动或备用路由器。
- 发言Speak：处于此状态的接口当前正在参与活动或备用路由器的选择。
- 备用Standby：表示接口正在充当活动路由器的备份。备用路由器与主用路由器不断交换hello数据包，如果主用路由器发生故障，备用路由器将接管。
- 活动Active：这是承载流量的接口。活动路由器将使用虚拟MAC地址响应对虚拟IP的ARP请求。
请记住，hello数据包仅在三种HSRP状态下交换：
- 传播Speak
- 备用Standby
- 主动Active
处于侦听状态的接口仅侦听hello数据包。如果活动或备用路由器发生故障，则侦听接口将转换为发言状态，以参与新的选举。
HSRP抢占
如果将新路由器添加到HSRP组中，即使它具有最高优先级，也不会抢占主动路由器的角色。实际上，即使最先启动的路由器的优先级最低，它也将成为活动路由器。请查看下图，以获得更好的说明：
- 如果首先打开交换机B的电源，它将成为活动路由器。
- 交换机A将被选为备用路由器。
- 如果交换机B发生故障，则交换机A将接管活动路由器。
- 交换机B恢复后，尽管具有更高的优先级，它也不会恢复其活动路由器的角色。
如果具有最高优先级，则抢占参数允许路由器在恢复时接管主动角色。在HSRP中，抢占功能默认情况下处于禁用状态。
HSRP跟踪
在活动路由器中，如果连接到其他网络的接口出现故障，则路由器应将其状态更改为待机状态，因为它无法在本地网络外部发送数据包。
看下图：
在上面的示例中，交换机B将成为活动路由器，而交换机A将进入待机状态。交换机A和交换机B都交换周期性的hello数据包以更新其状态。如果接口Gi 0/5在交换机B上断开，则hello数据包仍可以通过第2层交换机发送到交换机A。
在这种情况下，HSRP角色将不会更改，因为交换机A不知道交换机B发生故障，无法再将流量转发到其他网络。因此，交换机B将保留为活动路由器，流量将下降。
为了解决此问题，我们可以在活动路由器上配置跟踪。如果在交换机B（Gi 0/5）中跟踪的接口失败，则路由器的优先级将降低特定值。预设值是10。
如果交换机B上的接口Gi 0/5出现故障，则交换机的优先级将降低60。因此，备用路由器（交换机A）的优先级值将是HSRP组中的最高值，并且该交换机可能担当起积极的角色。
请记住，必须将备用路由器配置为抢占主动角色。
虚拟路由器冗余协议（VRRP）
与仅在思科设备中运行的HSRP相比，VRRP是标准的第3层网关冗余协议。VRRP与HSRP几乎相同，但有一些明显的区别：
- 优先级最高的路由器将成为主路由器。
- 所有其他路由器成为备用路由器。
- 虚拟MAC地址是保留的0000.5e00.01xx，其中xx表示十六进制组号。
- Hello数据包每秒发送一次。
- 默认情况下，VRRP将抢占。
