VRRP・HSRPなどのFHRPとは

FHRPはFirst Hop Redundancy Protocolの略です。

「First Hop」とは、PCやサーバーが自分とは異なるネットワークへ通信するときに 最初にパケットを渡すルーター、つまりデフォルトゲートウェイを意味します。

なぜデフォルトゲートウェイを冗長化するのか

端末には通常、1つのデフォルトゲートウェイを設定します。

PCのデフォルトゲートウェイが192.168.10.1で、 そのアドレスを持つL3SW-1が故障すると、 PC自身やLAN内のスイッチが正常でも外部ネットワークへ通信できなくなります。

そこで2台のL3機器に共通の仮想IPアドレスを持たせ、 PCはその仮想IPをデフォルトゲートウェイとして使用します。

仮想IP・仮想MACの仕組み

端末から見えるのは仮想ゲートウェイ

2台のL3スイッチには、それぞれ固有の実IPアドレスがあります。

PCは192.168.10.1に対してARPを実行し、 FHRPで使用する仮想MACアドレスを学習します。

通常時はActive側の機器がその仮想MAC宛てのフレームを受信して転送します。 Active機器が故障すると、Backup側が仮想ゲートウェイの役割を引き継ぎます。

VRRPの基本

VRRPはVirtual Router Redundancy Protocolの略で、 複数のルーターを1つの仮想ルーターとして動作させる仕組みです。

PriorityでActiveを決める

VRRPではPriorityの値によって、どのルーターを優先するか決めます。 基本的には値が大きいルーターほど優先されます。

たとえばL3SW-1を110、L3SW-2を100とすれば、 通常時はL3SW-1を優先Activeにする設計ができます。

VRRP Advertisement

Active Routerは定期的にVRRP Advertisementを送信し、 Backup Routerへ自身が正常に動作していることを知らせます。

VRRPv3の標準では、デフォルトのAdvertisement間隔は1秒です。 IPv4では224.0.0.18宛てのマルチキャストを使用します。

HSRPの基本

HSRPはHot Standby Router Protocolの略で、 Cisco機器で利用される代表的なFHRPです。

HSRPでもVRRPと同様に、Priorityを使って優先する機器を決めます。 Cisco IOS XE系では標準Priorityは100です。

HelloとHold Timer

HSRPではActiveとStandbyがHelloメッセージを交換します。 一般的なデフォルト設定では、Hello 3秒、Hold 10秒です。

タイマーを短くすれば切り替え検知を速くできますが、 単純に短くすればよいわけではありません。 CPU負荷や一時的なパケットロスによる不要な切り替えも考慮する必要があります。

VRRP・HSRP・GLBPの違い

障害発生時はどのように切り替わるのか

1. 通常時はActiveが転送する 端末は仮想IPをデフォルトゲートウェイとして利用し、 Active側のL3スイッチがパケットを転送します。
2. Activeの状態をBackupが監視する VRRP AdvertisementやHSRP Helloなどを使って相手の状態を確認します。
3. Active障害を検知する 一定時間メッセージを受信できない場合や、 追跡対象の障害によって優先度条件が変化します。
4. BackupがActiveへ昇格する 待機していたL3SW-2が仮想ゲートウェイの転送役を引き継ぎます。
5. 端末は同じ仮想IPを使い続ける PC側のデフォルトゲートウェイ設定は192.168.10.1のままです。

Priority・Preempt・Trackを理解する

Priority：どちらを優先するか

Priorityは、通常時にどの機器をActiveにしたいかを表現するために使います。

L3SW-1：Priority 110
L3SW-2：Priority 100

→ L3SW-1を優先

Preempt：高Priorityの機器へ戻すか

たとえばL3SW-1障害後にL3SW-2がActiveへ切り替わり、 その後L3SW-1が復旧したとします。

このとき「Priorityの高いL3SW-1へActiveを戻すかどうか」を制御するのが Preemptです。

Track：LAN側が正常でも上位障害を検知する

FHRP設計で特に重要なのがTrackです。

L3SW-1自体が稼働し続け、PC側のVLANインターフェースもUpなら、 単純なFHRPだけではL3SW-1がActiveのままになる場合があります。

しかしL3SW-1の上位回線が切れていれば、 PCから受け取ったパケットを外部へ転送できません。

そこで、上位インターフェースや経路到達性などを監視し、 異常時にPriorityを下げて別の機器へActiveを移します。

ゲートウェイ冗長化の設計ポイント

1．どのVLANを冗長化するか

ユーザーVLAN、サーバーVLAN、管理VLANなど、 対象VLANごとに仮想ゲートウェイを設計します。

2．仮想IPと実IPを決める

例：

VLAN 10
仮想IP   192.168.10.1
L3SW-1   192.168.10.2
L3SW-2   192.168.10.3

アドレス設計ルールを統一し、 「末尾1を仮想IP、末尾2と3を実IP」のようにすると、 運用時に判断しやすくなります。

3．Active機器を決める

全VLANを片側Activeにする構成もあれば、 VLANごとにActiveを分散する構成もあります。

4．STPのRoot Bridgeと合わせる

L2ネットワークでSTPを使用している場合、 FHRPのActive機器とSTPのRoot Bridgeが別々になると、 不要な遠回り通信が発生することがあります。

5．Track対象を決める

• 上位物理インターフェース
• Port-Channel
• 特定ルートの存在
• 上位ルーターへの到達性
• WAN側・インターネット側の到達性

単純なインターフェースDownだけで十分か、 IP SLA等を利用した到達性監視が必要かを設計します。

6．切り替え条件と切り戻し条件を分けて考える

「いつStandbyへ切り替えるか」と 「復旧後いつ元へ戻すか」は別の設計項目です。

7．タイマーを必要以上に短くしない

高速な切り替えは魅力的ですが、 一時的な輻輳やCPU高負荷で不要なフェイルオーバーが発生すると、 かえって可用性を下げる可能性があります。

8．FHRPだけで冗長化が完成したと思わない

デフォルトゲートウェイを冗長化しても、次が単一障害点なら通信は停止します。

• アクセススイッチ
• 上位スイッチ
• 回線
• ファイアウォール
• 電源
• ルーティング経路

VRRP・HSRPの設定例

以下はCisco IOS系の考え方を理解するための簡易例です。 実際のコマンドは機種・OS・バージョンによって異なるため、 導入時は対象製品の公式ドキュメントを確認してください。

HSRPの簡易設定例

L3SW-1

interface Vlan10
 ip address 192.168.10.2 255.255.255.0
 standby version 2
 standby 10 ip 192.168.10.1
 standby 10 priority 110
 standby 10 preempt

L3SW-2

interface Vlan10
 ip address 192.168.10.3 255.255.255.0
 standby version 2
 standby 10 ip 192.168.10.1
 standby 10 priority 100
 standby 10 preempt

この構成では、L3SW-1のPriorityが110、 L3SW-2が100なので、通常時はL3SW-1を優先Activeとします。

HSRPでTrackを追加するイメージ

track 10 interface GigabitEthernet1/0/48 line-protocol

interface Vlan10
 standby 10 track 10 decrement 20

追跡対象がDownするとPriorityを20下げるため、 L3SW-1が110から90になれば、Priority 100のL3SW-2を優先させることができます。

VRRPの簡易設定イメージ

interface Vlan10
 ip address 192.168.10.2 255.255.255.0
 vrrp 10 ip 192.168.10.1
 vrrp 10 priority 110

VRRPも基本的な考え方は同じで、 実IP、仮想IP、グループ、Priorityなどを定義します。

ゲートウェイ冗長化でよくある設計ミス

顧客・上司へゲートウェイ冗長化をどう説明するか

技術に詳しくない相手へ 「VRRPを使います」「HSRPを設定します」とだけ説明しても、 導入する理由は伝わりません。

技術を業務影響へ変換する

VRRP・HSRPで使われる英語表現

障害調査で使える表現

The standby router became active after the primary gateway failed.
プライマリゲートウェイの障害後、待機ルーターがActiveになりました。

Please verify the HSRP priority and preemption settings.
HSRPのPriorityとPreempt設定を確認してください。

The gateway did not fail over when the upstream interface went down.
上位インターフェースがDownした際、ゲートウェイが切り替わりませんでした。

自分の言葉で説明する課題