Cisco HSRP 仮想ルータ宛てのパケットがアクティブルータへ転送される仕組み

Cisco HSRPアクティブルータ

Cisco HSRPアクティブルータは、仮想ルータ宛てのパケットをルーティングする役割を持っています。アクティブルータの主な動作は、以下のようになります。

仮想IPアドレスのARPリクエストに対してARPリプライを返す。ARPリプライには仮想MACアドレスが含まれる
宛先MACアドレスが仮想MACアドレスのパケットを受信
HSRP Helloパケットの送信元MACアドレスとして仮想MACアドレスを利用する

さらに、アクティブルータになったときにGratuitous ARPで、仮想IPアドレスと仮想MACアドレスの対応を送信しています。

仮想ルータ宛てのパケットをアクティブルータがルーティングするためには、当たり前のことですが、仮想ルータ宛てのパケットがアクティブルータへと転送されなければいけません。どうやって仮想ルータ宛てのパケットがアクティブルータへ転送されているのかという仕組みもしっかりと把握しておきましょう。

HSRPの基本的な仕組みや用語は以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？

Cisco HSRPの仕組み

https://www.n-study.com/iprouting/cisco-hsrp/

HSRPの概要HSRP(Hot Standby Router Protocol)は、Cisco独自のデフォルトゲートウェイ冗長化プロトコルです。複数のルータをグループ化して1つの仮想ルータを構成します。仮想ルータは、実ルータと同様にIPアドレス、MACアドレスを持っています。仮想ルータのIPアドレスとMACアドレスは以下のとおりです。他の記事でも述べていますが、「仮想ルータ」といってもルータまるごとグループ化しているわけではありません。デフォルトゲートウェイとして動作しているインタフェースだけを仮想ルータとしてグループ化しています。仮想ルータの...

仮想ルータ宛てのパケットがアクティブルータへ転送される仕組み

こうなればOK

仮想ルータには、仮想IPアドレスだけではなくて仮想MACアドレスもあります。設定で決めるHSRPグループ番号を組み込んで「00-00-0C-07-AC-XX (XX:HSRPグループ番号)」というMACアドレスです。

PCとデフォルトゲートウェイとなるルータ/レイヤ3スイッチの間には、たいていレイヤ2スイッチが介在します。レイヤ2スイッチのMACアドレステーブルがどのようになるかがポイントです。レイヤ2スイッチのMACアドレステーブルに仮想MACアドレスの情報がアクティブルータと接続しているポートで登録されるようにすればOKです。

図のMACアドレスは表記を簡略化しています。

そうすると、仮想ルータ宛て、すなわち、宛先MACアドレスが仮想MACアドレスであるイーサネットフレームがアクティブルータへと転送されます。

どうやってMACアドレステーブルに仮想MACアドレスを適切に登録するか？

そして、このようなMACアドレステーブルになるようにするために、アクティブルータは以下のように動作します。

アクティブルータになったときにGratuitous ARPを送信
HSRP Helloパケットの送信元MACアドレスとして仮想MACアドレスを利用

アクティブルータになると、Gratuitous ARPを送信します。Gratuitous ARPでホストのARPキャッシュに仮想IPアドレスと仮想MACアドレスを速やかに登録しようとします。そして、Gratuitous ARPの送信元MACアドレスとして仮想MACアドレスを利用しています。その結果、間に介在するレイヤ2スイッチのMACアドレステーブルには仮想MACアドレスがアクティブルータが接続されているインタフェースで登録されます。

Gratuitous ARPについて以下の記事もあわせてご覧ください。

ネットワークのおべんきょしませんか？

Gratuitous ARP(GARP) | ネットワークのおべんきょしませんか？

https://www.n-study.com/tcp-ip/garp/

GARP(Gratuitous ARP)は、IPアドレスからMACアドレスを解決するという通常のARPの動作以外で送信するARPメッセージです。GARPの目的とその動作の仕組みについて解説します。

MACアドレステーブルのエントリは時間が経つと消えます。MACアドレステーブルの仮想MACアドレスのエントリを維持できるように、HSRP Helloパケットの送信元MACアドレスとして仮想MACアドレスを利用しています。アクティブルータからHSRP Helloを送信すると、レイヤ2スイッチはその送信元MACアドレスを受信したポートでMACアドレステーブルに登録します。すでに登録されているMACアドレスであれば、エージングタイマがリセットされます。定期的にHSRP Helloを送信することで、仮想MACアドレスのエントリがレイヤ2スイッチのMACアドレステーブル上で維持されるようになります。