vrf和BGP配合使用配置

HA 技术

• 1. VRRP 原理与配置

• 1.1 VRRP 技术概述

• 1.1.1 VRRP 基本概念

• 1.2 VRRP 技术原理

• 1.2.1 VRRP 状态机
• 1.2.2 VRRP 协议状态
• 1.2.3 VRRP 主备选举
• 1.2.4 VRRP 主备切换
• 1.2.5 VRRP 主备回切

• 1.3 VRRP 典型应用

• 1.3.1 VRRP 负载分担
• 1.3.2 VRRP 监视上行端口
• 1.3.3 VRRP 与 VFD 联动
• 1.3.4 VRRP 与 MSTP 联合应用

• 1.4 VRRP 配置命令

• 2. BFD 原理与配置

• 2.1 BFD 概述
• 2.2 BFD 工作原理

• 2.2.1 BFD 报文
• 2.2.2 BFD 会话
• 2.2.3 BFD 检测模式
• 2.2.4 BFD 检测时间
• 2.2.5 BFD Echo 功能

• 2.3 BFD 应用场景

• 2.3.1 静态路由 与 BFD 联动
• 2.3.2 OSPF 与 BFD 联动

• 3. DHCP原理与配置

• 3.1 背景
• 3.2 DHCP 工作原理与配置

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1. VRRP 原理与配置

1.1 VRRP 技术概述

• Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议

背景：
  	用户终端通常采用配置一个默认网关的形式访问外部网络；
  	如果默认网关down，那么用户流量中断；
  	可以通过部署多个网关的方式解决单点故障。
  	
  	概述：
  		单网关问题----当网关故障/终端设备的上联三层接口故障----终端设备无法访问互联网/其他网络。
  		配置多网关问题----需要考虑路由器下联PC的接口
             1.配置相同的ip地址，会造成网络冲突
             2.配置不同的ip地址，PC无法做网关切换

  
  作用：
  	既能实现网关的备份，又能解决多个网关互相冲突的问题，提高网络可靠性。

• VRRP 版本

VRRPv2 仅适用于 IPv4 网络；
  VRRPv3 适用于 IPv4 和 IPv6 网络；

1.1.1 VRRP 基本概念

1. VRRP 概述

通过把几台路由设备联合组成一台 虚拟的“路由设备”；
 使用一定的机制保证当主机的下一跳路由设备出现故障时，及时将业务切换到备份路由设备，从而保持通讯的连续性和可靠性。

1. 基本概念

1. VRRP 路由器
		运行VRRP协议的路由器；
		
2. VRID
		一个 VRRP组 由中的所有路由器使用相同的 VRID 进行标识；
		同一个VRRP组的路由器之间交互VRRP协议报文并产生一台虚拟“路由器”；
		VRID（Virtual Router Identifier，虚拟路由器标识符）
		
3. 虚拟路由器
		VRRP 每一个组抽象出一台虚拟“路由器”（Virtual Router）

4. 虚拟 IP 地址及虚拟 MAC 地址
		虚拟路由器拥有自己的IP地址以及MAC地址，其中IP地址由网络管理员在配置VRRP时指定；
		虚拟MAC地址的格式是“0000-5e00-01xx”，其中xx为VRID。
		
5. Master 路由器
		“Master路由器”在一个VRRP组中承担报文转发任务；
		只有Master路由器才会响应针对虚拟IP地址的ARP Request；
		Master路由器会以一定的时间间隔周期性地发送VRRP报文，以便通知同一个VRRP组中的Backup路由器关于自己的存活情况

6. Backup 路由器
		备份路由器；
		实时侦听 Master 路由器发送出来的 VRRP 报文，随时准备接替 Master路由器的工作。

7. Priority
		优先级值是选举Master路由器和Backup路由器的依据；
		优先级取值范围 0-255 ，值越大越优先；
		值相等则比较接口IP地址大小，大者优先。

1. VRRP 报文格式

VRRP 只有一种报文，Advertisement报文；
 基于组播方式发送，只能在同一个广播域传递； 
 Advertisement报文的目的组播地址为224.0.0.18。

 Advertisement 报文格式：
 	Ethernet Header + IP Header + VRRP Packet；

1. VRRP 定时器

在VRRP协议工作过程中，VRRP定义了两个定时器：
 		ADVER_INTERVAL定时器：Master发送VRRP通告报文时间周期，缺省值为1秒。
 		MASTER_DOWN定时器：Backup设备监听该定时器超时后，会变为Master状态。

 MASTER_DOWN定时器计算公式如下
 	MASTER_DOWN =（3* ADVER_INTERVAL）+ Skew_time（偏移时间）
 	Skew_Time=（256–Priority）/256

1.2 VRRP 技术原理

1.2.1 VRRP 状态机

• 状态机有三种转态

Initialize（初始状态）、Master（活动状态）、Backup（备份状态）。

1.2.2 VRRP 协议状态

• Master 状态

1. 定期（ADVER_INTERVAL）发送VRRP报文。
  2. 以虚拟MAC地址响应对虚拟IP地址的ARP请求。
  3. 转发目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。
  4. 默认允许ping通虚拟IP地址。
  5. 当多台设备同时为Master时，若设备收到与自己优先级相同的报文时，会进一步比较IP地址的大小。如果收到报文的源IP地址比自己大，则切换到Backup状态，否则保持Master状态。

• Backup 状态

1. 接收Master设备发送的VRRP报文，判断Master设备的状态是否正常。
  2. 对虚拟IP地址的ARP请求，不做响应。
  3. 丢弃目的MAC地址为虚拟MAC地址的IP报文。
  4. 丢弃目的IP地址为虚拟IP地址的IP报文。
  5. 如果收到优先级和自己相同或者比自己优先级大的报文时，重置MASTER_DOWN定时器，不进一步比较IP地址的大小。

1.2.3 VRRP 主备选举

• VRRP 优先级不相等时主备选举

初始创建时：
  		设备工作在Initialize状态；
  		收到接口Up的消息后，若此设备的优先级小于255，则会先切换至Backup状态，等待MASTER_DOWN定时器超时后再切换至Master状态。
  		
  优先级高的设备先启动时：
  		优先级高的设备先进入Master状态；
  		优先级低的设备收到高优先级的VRRP通告报文，自己仍处于Backup状态。
  		
  优先级低的先启动时：
  		优先级低的先由Backup状态切换为Master状态；
  		优先级高的设备收到优先级低的VRRP通告报文，重新进行选举，将优先级高的设备切换为Master状态。

• VRRP优先级相等时主备选举
  1. 两台设备初始化后切换至 Backup状态 。
  2. 优先级相同，R1 与 R2 的MASTER_DOWN定时器超时后，同时由 Backup状态 切换至 Master状态；
  3. R1与R2交换VRRP报文，优先级一样，通过比较接口IP地址选举Master路由器。大者优先
• 配置为IP地址拥有者时主备选举

当接口IP地址为IP地址拥有者时，优先级自动成为255

1.2.4 VRRP 主备切换

• Master 主动退出 VRRP 组

Master 会发送优先级为0的通告报文，用来使Backup设备快速切换成Master设备；
  不用等到MASTER_DOWN定时器超时，这个切换的时间称为Skew_time。

• Master设备或者链路故障

等到MASTER_DOWN定时器超时后，才会认为Master设备无法正常工作，从而将状态切换为Master

1.2.5 VRRP 主备回切

• 大致流程

1. 正常情况下，Master 起作用；
  2. Master down 了，网络重新选举，Backup 成为新的 Master；
  3. R1 恢复，网络将重新进行VRRP主备选举，R1当选。

• VRRP 抢占模式：

抢占模式（默认激活）：如果Backup路由器激活了抢占功能，那么当它发现Master路由器的优先级比自己更低时，它将立即切换至Master状态，成为新的Master路由器
  
  非抢占模式：如果Backup路由器没有激活抢占功能，那么即使它发现Master路由器的优先级比自己更低，也只能依然保持Backup状态，直到Master路由器失效。

• 主备切换时间

开启抢占模式的VRRP备份组，当主备进行切换时，总共时长为：3xAdver_Interval+Skew_time+Delay_time；

• 状态不稳

在抢占模式下，当Master的设备状态不稳定或者网络质量差时，会导致VRRP备份组频繁切换，从而引发终端ARP表项频繁刷新，为缓解此问题，通常设置抢占延时定时器，通过MASTER_INTERVAL定时器超时时间加上延时时间，确定状态稳定后，再进行主备回切。

1.3 VRRP 典型应用

1.3.1 VRRP 负载分担

通过创建多个虚拟路由器，每个物理路由器在不同的VRRP组中扮演不同的角色，不同虚拟路由器的Virtual IP作为不同的内网网关地址可以实现流量转发负载分担。

1.3.2 VRRP 监视上行端口

VRRP可监视（Track）上行端口状态，当设备感知上行端口或者链路发生故障时，可主动降低VRRP优先级，从而保证上行链路正常的Backup设备能够通过选举切换为Master状态，指导报文转发。

• 如果未配置监视上行端口的问题

如果用户未配置VRRP监视上行端口，则当VRRP备份组中的Master设备R1的上行接口或者链路出现故障时，VRRP备份组无法感知，Master无法向外转发流量。但是由于主备不会发生切换，导致出现流量黑洞。

1.3.3 VRRP 与 VFD 联动

通过配置VRRP与BFD联动，当Backup设备通过BFD感知故障发生之后，不再等待Master_Down_Timer计时器超时而会在BFD检测周期结束后立即切换VRRP状态，此时可以实现毫秒级的主备切换。

1.3.4 VRRP 与 MSTP 联合应用

MSTP是将一个或多个VLAN映射到一个生成树的实例，若干个VLAN共用一个生成树，MSTP可以实现负载均衡。

VRRP配置网关可以灵活根据网络拓扑变化而自动切换，提高网络可靠性。
VRRP+MSTP可以在实现负载分担的同时保证网络冗余备份。

1.4 VRRP 配置命令

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2. BFD 原理与配置

• 背景：

出现故障，需要快速定位。
  
  随着网络应用的广泛部署，网络发生故障极大可能导致业务异常。为了减小链路、设备故障对业务的影响，提高网络的可靠性，网络设备需要尽快检测到与相邻设备间的通信故障，以便及时采取措施，保证业务正常进行。
  
  在三层网络中，静态路由本身没有故障检查机制，因此就需要一种通用的、标准的、介质无关的、协议无关的一种快速检测机制 --- BFD。

2.1 BFD 概述

• BFD

Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测；
  BFD提供了一个通用的、标准化的、介质无关的、协议无关的快速故障检测机制，有以下两大优点：
  		对相邻转发引擎之间的通道提供轻负荷、快速故障检测。
  		用单一的机制对任何介质、任何协议层进行实时检测。
  
  *BFD是一个简单的“Hello”协议。两个系统之间建立BFD会话通道，并周期性发送BFD检测报文，如果某个系统在规定的时间内没有收到对端的检测报文，则认为该通道的某个部分发生了故障。

• 简介

1. 通用的---在各种组网都适用
  2. 标准化的---标准的 非私有的技术、适用于各种厂商
  3. 介质无关--和底层的硬件无关
  4. 协议无关--和协议也无关

  BFD 本质 就是一个检测连通性的技术
  	1. 链路
  	2. IP 路由

2.2 BFD 工作原理

2.2.1 BFD 报文

• 报文结构
• 解析

1. Sta：BFD本地状态。
  2. Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间。
  3. My Discriminator：BFD会话连接本地标识符（Local Discriminator） 。发送系统产生的一个唯一的、非0鉴别值，用来区分一个系统的多个BFD会话。 
  4. Your Discriminator：BFD会话连接远端标识符（Remote Discriminator） 。从远端系统接收到的鉴别值，这个域直接返回接收到的“My Discriminator”，如果不知道这个值就返回0。 
  5. Desired Min TX Interval：本地支持的最小BFD报文发送间隔。 
  6. Required Min RX Interval：本地支持的最小BFD报文接收间隔。
  7. Required Min Echo RX Interval：本地支持的最小Echo报文接收间隔，单位为微秒（如果本地不支持Echo功能，则设置0）。

2.2.2 BFD 会话

• BFD 两种会话建立方式

1. 静态方式
  		静态建立BFD会话是指通过命令行手工配置BFD会话参数，包括配置本地标识符和远端标识符等，然后手工下发BFD会话建立请求。
  		
  2. 动态方式
  		动态建立BFD会话的本地标识符由触发创建BFD会话的系统动态分配，远端标识符从收到对端BFD消息的Local Discriminator的值学习而来。
  
  	静态和动态创建BFD会话的主要区别在于Local Discriminator和Remote Discriminator的配置方式不同。

• BFD 会话会话状态

四种状态：
  	Down、Init、Up 和 AdminDown

  BFD会话过程中包含有三个状态：init和up两个用来建立会话，down用来断开会话。

2.2.3 BFD 检测模式

• 两种检测模式

1. 异步模式
  		系统之间相互周期性地发送BFD控制包，如果某个系统在检测时间内没有收到对端发来的BFD控制报文，就宣布会话为Down。

  2. 查询模式
  		在需要验证连接性的情况下，系统连续发送多个BFD控制包，如果在检测时间内没有收到返回的报文就宣布会话为Down。

  	异步模式和查询模式的本质区别：检测的位置不同
  		异步模式：本地检测对方的BFD控制报文
  		查询模式：本地检测自己发送的BFD控制报文--对方需要返回

2.2.4 BFD 检测时间

• BFD会话检测时长由TX（Desired Min TX Interval），RX（Required Min RX Interval），DM（Detect Multi）三个参数决定。

异步模式：本地BFD报文实际检测时间＝本地BFD报文实际接收时间间隔×对端配置的BFD检测倍数
  查询模式：本地BFD报文实际检测时间 = 本地BFD报文实际接收时间间隔×本端配置的BFD检测倍数

2.2.5 BFD Echo 功能

• BFD 回声功能

本地发送BFD Echo报文，远端系统将报文环回的一种检测机制。

2.3 BFD 应用场景

2.3.1 静态路由 与 BFD 联动

• 静态路由自身没有检测机制，如果静态路由存在冗余路径，通过静态路由与BFD联动，当主用路径故障时，实现静态路由的快速切换

2.3.2 OSPF 与 BFD 联动

• OSPF在未绑定BFD的情况下，链路故障检测时间由协议Hello机制决定，通常是秒级。通过绑定BFD，可以实现毫秒级故障检测。

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3. DHCP原理与配置

3.1 背景

• 手工配置网络参数存在以下问题

1. 灵活性差
  2. 容易出错
  3. IP地址资源利用率低
  4. 工作量大
  5. 人员素质要求高

3.2 DHCP 工作原理与配置

• DHCP客户端首次接入网络的工作原理

1. 发现阶段，即DHCP客户端发现DHCP服务器的阶段；
  2. 提供阶段，即DHCP服务器提供网络配置信息的阶段；
  3. 选择阶段，即DHCP客户端选择IP地址的阶段；
  4. 确认阶段，即DHCP服务器确认所分配IP地址的阶段。