网络可靠性（HCIP-Datacom）

华为认证HCIP-Datacom-Core Technology V1.0学习笔记 包括内容：BFD原理与配置、VRRP原理与配置

网络可靠性

• BFD
  • 概述
    • BFD（Bidirectional Forwarding Detection，双向转发检测）
    • 背景
      • 非直连
        • 静态路由本身没有故障检测机制
        • 上层协议依靠本身的Hello报文检测，但是检测时间仍然较长
    • 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，可以检测物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层之间的连通性
    • 组播地址
      • 224.0.0.184
    • UDP端口号
      • 控制报文
        • 单跳
          • 3784
        • 多跳
          • 3784、4784
      • Echo报文
        • 3785
      • 源端口号
        • 49152 - 65535
  • 原理
    • 报文结构
      • 报文
      • 字段
        • Ver：BFD协议版本号，目前为1。 Diag：诊断字，标明本地BFD系统最近一次会话状态发生变化的原因。 P：参数发生改变时，发送方在BFD报文中置该标志，接收方必须立即响应该报文。 F：响应P标志置位的回应报文中必须将F标志置位。 C：转发/控制分离标志，一旦置位，控制平面的变化不影响BFD检测。 A：认证标识，置1代表会话需要进行验证。 D：查询请求，置位代表发送方期望采用查询模式对链路进行监测。 M：为BFD将来支持点对多点扩展而设的预留位。 Length：报文长度，单位为字节。
        • Sta：BFD本地状态。 Detect Mult：检测超时倍数，用于检测方计算检测超时时间。 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。 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。 Desired Min TX Interval：本地支持的最小BFD报文发送间隔。 Required Min RX Interval：本地支持的最小BFD报文接收间隔。 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）。
    • 会话建立方式
      • 静态
      • 动态
      • 区别是动态多了本地标识符的分配和一次会话协商获取远端标识符
    • 会话状态
      • 4种状态
        • 分类
          • Down
            • 断开会话
          • Init
          • Up
          • 建立会话
          • AdminDown
            • 通过管理手段使会话Down，实质是Down状态
            • [Huawei-bfd-session-aa]shutdown
              • 关闭BFD会话检测，会话进入AdminDown状态
        • 会话状态变化通过BFD报文的State字段传递
        • BFD状态机的建立和拆除都采用三次握手机制
      • 转态转换
      • 会话建立
    • 检测模式
      • 异步模式
        • 周期性发送BFD控制报文
          • 对端验证是否在检测时间内收到报文
            • 默认模式
      • 查询模式
        • 按需发送BFD控制报文
          • 本端验证是否在检测时间内得到回应
    • 检测时间
      • 三个参数
        • TX（Desired Min TX Interval）
          • 发送时间间隔
        • RX（Required Min RX Interval）
          • 接收时间间隔
        • DM（Detect Multi）
          • 检测倍数
      • 实际TX、RX时间间隔
        • 本端TX
          • Max { 本地TX，对端RX }
        • 本端RX
          • Max { 本地RX，对端TX }
      • 实际检测时间间隔
        • 异步
          • 本地RX * 对端DM
        • 查询
          • 本地RX * 本端DM
      • 默认参数
        • RX、TX
          • 1000毫秒
        • DM
          • 3次
        • 会话等待恢复时间、会话延迟Up时间
          • 0秒
    • BFD Echo功能（单臂回声）
      • 背景
        • 对端设备不支持BFD功能
      • 原理
        • 本地发送BFD Echo报文，远端系统将报文环回的一种检测机制
  • 应用
    • 联动功能
      • 组成
        • 应用模块、Track模块、监测模块
    • 应用场景
      • 检测IP链路
      • BFD单臂回声功能
      • 与接口转态联动
      • 与静态路由联动
      • 与路由协议联动
        • RIP、OSPF、IS-IS、BGP
      • 与PIM联动
      • 没有BFD之前都是秒级收敛速度，与BFD联动之后可以实现毫秒级的收敛速度
      • 与LDP、MPLS联动
      • 与IPv6联动
      • 与VRRP联动
  • NQA
    • 网络质量分析NQA（Network Quality Analysis）
      • 对响应时间、网络抖动、丢包率等网络信息进行统计，主要是监控网络的作用
    • 测试类型
      • ICMP、TCP、UDP、FTP、DHCP、DNS、HTTP、DNS等
    • ICMP测试
      • 测试ICMP等同于BFD，但是只能实现秒级检测
      • 配置NQA测试
        • [Huawei]nqa test-instance Admin_WF Test_ICMP
          • 配置测试实例的测试者和测试内容
        • [Huawei-nqa-Admin_WF-Test_ICMP]test-type icmp
          • 测试类型
        • [Huawei-nqa-Admin_WF-Test_ICMP]destination-address ipv4 192.168.1.1
          • 测试地址
        • [Huawei-nqa-Admin_WF-Test_ICMP]frequency 10
          • 测试周期，单位秒
        • [Huawei-nqa-Admin_WF-Test_ICMP]probe-count 3
          • 探测次数
        • [Huawei-nqa-Admin_WF-Test_ICMP]start now
          • 开始测试
      • 配置NQA联动
        • 静态
          • ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.1.1 track nqa Admin_WF Test_ICMP
        • VRRP
          • vrrp vrid 1 track nqa Admin_WF Test_ICMP reduced 40
        • 策略路由
          • [SwitchA] traffic behavior b1 [SwitchA-behavior-b1] redirect ip-nexthop 10.1.30.1 track-nqa Admin_WF Test_ICMP
        • ……
      • 查看测试结果
        • display nqa results
          • 流量是否到达设备入口，进而判断上游设备是否丢包；
          • 流量是否被转发到设备出口，进而判断设备是否丢包；
          • 流量在设备入口二三层信息是否正确，进而判断上游设备转发封装是否正常；
          • 流量在设备出接口二三层信息是否正确，进而判断设备转发封装是否正常；
          • 是否存在MAC漂移、路由变化、IP冲突等导致的流量瞬间漂移。
  • 配置
    • 前提：开启BFD
      • bfd
    • 创建BFD会话
      • 静态
        • [Huawei]bfd wf bind peer-ip 1.1.1.1 source-ip 1.1.1.2
        • [Huawei-bfd-session-wf]discriminator local 100
        • [Huawei-bfd-session-wf]discriminator remote 200
        • [Huawei-bfd-session-wf]min-tx-interval 10
        • [Huawei-bfd-session-wf]min-rx-interval 20
        • [Huawei-bfd-session-wf]detect-multiplier 4
        • [Huawei-bfd-session-wf]commit
      • 动态
        • bfd wf bind peer-ip 1.1.1.1 source-ip 1.1.1.2 auto
    • 检测IP链路
      • 单跳
        • 直连绑定接口
          • 二层
            • bfd wf bind peer-ip default-ip interface GigabitEthernet 0/0/0
          • 三层
            • bfd wf bind peer-ip 1.1.1.1 interface GigabitEthernet 0/0/0
      • 多跳
        • 任意路径绑定IP
          • [Huawei]bfd wf bind peer-ip 1.1.1.1 source-ip 1.1.1.2
      • 组播
        • bfd wf bind peer-ip default-ip ……
      • Eth-Trunk
        • bfd bind link-bundle peer-ip ……
    • BFD单臂回声
      • bfd wf bind peer-ip 1.1.1.1 interface GigabitEthernet 0/0/0 one-arm-echo
        • 只适用于单跳
      • [~HUAWEI-bfd-session-test] min-echo-rx-interval 100
    • 与IPv6联动
      • bfd wf bind peer-ipv6 ……
    • 与OSPF联动
      • [Huawei-ospf-1]bfd all-interfaces enable
    • 与IS-IS联动
      • [Huawei-isis-1]bfd all-interfaces enable
    • 与BGP联动
      • [Huawei-bgp]peer 1.1.1.1 bfd enable
    • 与VRRP联动
      • vrrp vrid 1 track bfd-session session-name wf reduced 50
        • 选择参数session-name只能绑定动态BFD
      • vrrp vrid 1 track bfd-session 100 reduced 50
        • 选择参数bfd-session-id只能绑定静态BFD，bfd-session-id是本地标识符
    • 与静态路由联动
      • ip route-static 0.0.0.0 0 192.168.1.1 track bfd-session wf
    • 检测接口状态
      • [*HUAWEI-bfd-session-s1] process-interface-status
    • 查看会话状态
      • display bfd session all verbose
        • Type
        • Bind Session Type
        • 参数见产品文档
      • 详细信息可以查看到是单跳还是多跳
• VRRP
  • 概述
    • VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虚拟路由器冗余协议）
    • 背景
      • 单网关故障
    • 解决方法
      • 把几台路由设备联合组成一台虚拟的“路由设备”，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
    • 概念
      • VRRP路由器
        • 运行VRRP的路由器
      • VRID
        • 一个VRRP组使用相同的VRID（Virtual Router Identifier，虚拟路由器标识符）进行标识。属于同一个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”。一个VRRP组中只能出现一台Master路由器
      • 虚拟路由器
        • 每个VRRP组抽象出的一台虚拟“路由器”，一个VRRP组只会出现一台虚拟路由器
      • 虚拟IP地址
        • 配置VRRP时手工指定，不同的VRRP的虚拟IP不能重复
      • 虚拟MAC地址
        • 0000-5e00-xx-yy
          • xx
            • 01
              • IPv4
            • 02
              • IPv6
          • yy
            • VRID
      • 路由器角色
        • Master路由器
          • 在一个VRRP组中承担报文转发任务。在每一个VRRP组中，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
        • 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
    • 1种报文
      • Advertisement报文
        • 组播发送，目的地址224.0.0.18
        • 字段
          • Ver：VRRP目前有两个版本，其中VRRPv2仅适用于IPv4网络，VRRPv3适用于IPv4和IPv6两种网络。 Virtual Rtr ID：该报文所关联的虚拟路由器的标识。 Priority：发送该报文的VRRP路由器的优先级。 Count IP Addrs：该VRRP报文中所包含的虚拟IP地址的数量。 Auth Type：VRRP支持三种认证类型：不认证、纯文本密码认证、MD5方式认证，对应值分别为0、1、2。 Adver Int：发送VRRP通告消息的间隔。默认为1秒 IP Address：所关联的虚拟路由器的虚拟IP地址，可以为多个。 Authentication Data：验证所需要的密码信息。
    • 两个VRRP定时器
      • Adver_Interval定时器
        • Master发送VRRP报文的周期，默认间隔1s
      • Master_Down定时器
        • Backup监听到该定时器超时后，变为Master状态
        • 定时器计算公式
          • Master_Down = 3 * Adver_Interval + Skew_time（偏移时间）
          • Skew_Time=（256–Priority）/256
          • 优先级越高，Backup检测到Master故障的时间越快
  • 原理
    • 3种VRRP状态机
      • Initialize（初始状态）、Master（活动状态）、Backup（备份状态）
      • 初始状态
        • VRRP组的起始状态
        • 接口没有连接线缆或者Down
        • 虚拟IP地址和接口IP地址不在同一网段，备份组会处于Initalize状态
      • 状态机迁移
        • Startup事件
          • VRRP配置完成，自动触发
          • 已经配置VRRP的端口，链路由不可用变为可用
    • 2种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。 4、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。
    • 主备选举
      • 规则
        • 1、优先级
          • 优先级取值范围0-255，值越大越优先。默认100，0和255都不能被配置
        • 2、接口IP
          • IP大者优先
      • 过程
        • 1、初次选举
          • 优先级和接口IP选举
            • 主备选举过程中，若同时触发Startup事件，优先级高的先进入Master状态，进入Master状态后互相发送VRRP报文，比较优先级和IP选举出Master路由器，Master路由器会立即发送免费ARP报文将虚拟MAC地址通告给与它连接的设备和主机，其它路由器返回到Backup状态
          • 特殊选举
            • IP地址拥有者时（接口IP地址与Virtual IP相同），路由器无需等待任何定时器超时，运行优先级自送变成255，可以直接切换至Master状态
            • IP地址拥有者将无条件成为Master路由器，并且自动变为PriorityRun： 255，PriorityConfig : 不变
        • 2、重新选举
          • 设备收到其它设备更优的VRRP报文，保持Backup状态
          • 设备收到其它设备更差的VRRP报文，触发选举机制，优先级高或IP大的设备切换为Master
    • 主备切换
      • Master主动退出VRRP组
        • 当Master设备主动放弃Master地位时（管理员删除vrrp配置时），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，而不用等到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
        • 当Master设备发生网络故障而不能发送通告报文的时候，Backup设备并不能立即知道其工作状况。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
    • 主备回切
      • 模式
        • 非抢占模式
          • 虽然收到优先级或者IP大的通告报文，但是不能主动回切，只能等待目前的Master路由器失效，重新选举
        • 抢占模式（默认）
          • 抢占时长
            • 3 x Adver_Interval + Skew_time + Delay_time
          • 抢占延时定时器作用
            • 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
      • 注意点
        • VRRP主备回切时双master，是因为STP拓扑变更重新计算，在没有环路的情况下可以设置连接网关的接口关闭STP
  • 特性
    • 负载分担
      • 每个路由器在不同的VRRP组中扮演不同的角色
      • 回包是负载分担的，所以可能来回路径不一致（防火墙注意），可以修改目的网段的开销选择Master的路径
    • 监视上行端口
      • 监控接口协议的状态，故障时主动降低优先级，避免流量黑洞或者次优（Master可以从Backup学到目的路由）
      • IP地址拥有者和Eth-trunk成员口不允许配置VRRP监视功能
    • VRRP与BFD联动
      • Master设备或者链路故障时，Backup设备需要等待Master_Down_Timer计时器超时后才会切换为Master 通过配置VRRP和BFD的联动，可以实现毫秒级的主备切换
    • VRRP + MSTP
      • 实现负载分担的同时保证网络冗余备份，需要保证双主的一致性
  • 配置
    • 1、配置虚拟IP
      • v v 1 v 192.168.1.1
    • 2、配置优先级
      • vrrp vrid 1 priority 105
    • 3、检测上行链路
      • vrrp vrid 1 track interface GigabitEthernet 0/0/1 reduced/increase 20
        • 默认减少10
    • 4、配置和BFD联动
      • 注意绑定的是BFD会话的本地标识符
    • 5、配置抢占
      • 延时
        • vrrp vrid 1 preempt-mode timer delay 10
          • 默认0
      • 关闭
        • vrrp vrid 1 preempt-mode disable
    • 6、配置advertise通告间隔
      • vrrp vrid 1 timer advertise 2
        • 默认1
    • 查看VRRP组信息
      • display vrrp [brief]