DRNI基本概念与流量转发

本文摘自新华三服务公众号，用于自己学习。

一、 DRNI产生背景与优势

    普通聚合的链路只能够在一台设备上，只能提供链路级的保护，当设备故障以后，普通聚合将无法工作，所以需要设备级保护的技术。DRNI（Distributed Resilient Network Interconnect，分布式弹性网络互连）作为一种跨设备链路聚合的技术，除了具备增加带宽、提高链路可靠性、负载分担的优势外，还具备以下优势：

   1. 更高的可靠性

    把链路可靠性从单板级提高到了设备级。

   2. 简化组网及配置

    提供了一个没有环路的二层拓扑，同时实现冗余备份，不再需要繁琐的生成树协议配置，极大地简化了组网及配置。

   3. 独立升级

    两台设备可以分别进行升级，保证有一台设备正常工作即可，对正在运行的业务几乎没有影响

 

二、DRNI基本原理

DRNI是基于IEEE P802.1AX协议的跨设备链路聚合技术。DRNI将两台物理设备虚拟成一台设备来实现跨设备链路聚合，从而提供设备级冗余保护和流量负载分担。DRNI主要应用于双归接入组网，将可靠性从链路级提高到设备级。

 

1、DRNI网络模型

如图所示，Device A与Device B形成负载分担，共同进行流量转发，当其中一台设备发生故障时，流量可以快速切换到另一台设备，保证业务的正常运行。

DR设备在DR系统中互为邻居，其中Device A为主设备，Device B为从设备。DRNI为每个DR设备定义了以下几个接口角色：

1. DR接口（Distributed Relay interface，分布式聚合接口）：与外部设备相连的二层聚合接口。与外部设备上相同聚合组相连的DR接口属于同一DR组（Distributed-Relay group，分布式聚合组）。如图1-1所示，Device A上的二层聚合接口1和Device B上的二层聚合接口2属于同一DR组。DR组中的DR接口由多条链路聚合组成，且具有相同的DR组编号。

2. IPP（Intra-Portal Port，内部控制链路端口）：连接对端DR邻居设备用于内部控制的接口。每台DR设备只有一个IPP口。IPP间的链路为IPL（Intra-Portal Link，内部控制链路），DR设备通过IPL交互协议报文及传输数据流量。一个DR系统只有一条IPL。

DR设备间通过Keepalive链路检测邻居状态。

如果一台外部设备仅接入DR系统的其中一台DR设备，则该设备称为单挂设备，这种接入方式称为单归接入。

DRNI组网中，部分业务功能（例如生成树）需要统一在一台设备上处理，DRNI对DR设备进行了角色划分：

1. None：设备启动时的状态，无设备角色。

2. Primary设备：主设备，负责处理业务模块报文。

3. Secondary设备：从设备，将业务模块报文透传到主设备。

 

2、DRCP协议

DRNI通过在IPL上运行DRCP来交互分布式聚合的相关信息，以确定两台设备是否可以组成DR系统。运行该协议的设备之间通过互发DRCPDU（Distributed Relay Control Protocol Data Unit，分布式聚合控制协议数据单元）来交互分布式聚合的相关信息。

两端DR设备通过IPL链路定期交互DRCP报文。当本端DR设备收到对端DR设备的DRCP协商报文后，会判断DRCP协商报文中的DR接口编号及DRNI系统配置是否和本端相同。如果两端的DRNI系统配置均相同，则这两台设备可以组成DR系统。

DRCP超时时间是指IPP口或者DR接口等待接收DRCPDU的超时时间。在DRCP超时时间之前，如果本端IPP口或者DR接口未收到来自对端DR设备的DRCPDU，则认为对端DR设备IPP口或者DR接口已经失效。DRCP超时时间同时也决定了对端DR设备发送DRCPDU的速率。DRCP超时有短超时（3秒）和长超时（90秒）两种：

（1）. 若本端DRCP超时时间为短超时，则对端DR设备将快速发送DRCPDU（每1秒发送1个DRCPDU）。

（2）. 若本端DRCP超时时间为长超时，则对端DR设备将慢速发送DRCPDU（每30秒发送1个DRCPDU）。

 

3、Keepalive和MAD机制

DR设备间需要提供一条专有的Keepalive链路，用于检测对端设备是否故障。Keepalive报文主要用于IPL故障时的双主检测。如果在指定时间内，未收到邻居设备发送的Keepalive报文时：

1. 如果IPL链路状态为down，则认为对端DR设备状态为down，此时从设备升级为主设备。

2. 如果IPL链路状态为up，则认为Keepalive链路状态为down。此时主从设备正常工作，同时设备打印日志信息，提醒用户检查Keepalive链路，避免无法检测到对端设备故障。

Keepalive相关日志：

IPL故障后，为了防止从设备继续转发流量，此时将从设备上除DRNI保留接口以外的接口置于DRNI MAD DOWN状态。

DRNI保留接口包括系统保留接口和用户配置的保留接口。系统保留接口包括：

1. IPP口

2. IPP口所对应的二层聚合接口的成员接口

3. DR口（支持情况跟版本相关）

4. 管理以太网接口

当IPL故障恢复后，为了防止丢包，从设备需要在延迟恢复时间内完成表项（MAC地址表、ARP表等）同步，其后该设备上处于DRNI MAD DOWN状态的接口将恢复为up状态。

建议将Keepalive链路的接口配置为DRNI保留接口，避免该接口的状态变为DRNI MAD DOWN导致Keepalive链路down，从而造成错误检测。同时，如果配置Tunnel接口为IPP口，则必须将隧道出接口配置为保留接口，避免该接口的状态变为DRNI MAD DOWN，导致Tunnel处于down状态，IPL无法收发DRCP协议报文

MAD状态查看：

 

4、DR系统建立

DR系统建立过程如下：

1.通过IPL定期发送DRCP报文，判断这两台设备是否可以组成DR系统。

    a.DR设备的系统MAC地址必须相同

    b.DR设备的系统编号必须不同

    c.DR设备的系统优先级必须相同

2.配对成功后，两端设备会确定出主从状态。先比较DR设备角色优先级，值越小优先级越高，优先级高的为主设备。如果优先级相同，则比较两台设备的桥MAC地址，桥MAC地址较小的为主设备。

3.两端设备通过Keepalive链路周期性地发送Keepalive报文检测邻居状态。

4.DR系统开始工作后，两端设备之间会实时同步对端的信息，例如MAC地址表项、ARP表项，这样任意一台设备故障都不会影响流量的转发，保证正常的业务不会中断。

如果系统已经建立：

1. 修改影响DR建立的参数（系统优先级、系统编号、系统mac地址），超时时间后生效

2. 修改影响角色选举的立即生效（角色优先级）

 

5、一致性检查功能

DR系统建立过程中会进行配置一致性检查，以确保两端DR设备配置一致，不影响DR设备转发报文。DR设备通过交换各自的配置信息，检查配置是否一致。

目前DRNI支持对两种类型的配置一致性检查：

1. Type 1类型配置：影响DR系统转发的配置。如果Type 1类型配置不一致，则将从设备上DR接口置为down状态。

2. Type 2类型配置：仅影响业务模块的配置。如果Type 2类型配置不一致，从设备上DR接口依然为up状态，不影响DR系统正常工作。由Type 2类型配置对应的业务模块决定是否关闭该业务功能，其他业务模块不受影响。

查看配置一致性检查结果：

查看接口type1配置一致性信息：

查看全局type1配置一致性检查结果：

 

 

以上是DRNI的基本概念，两台设备形成DR系统实现设备级冗余，那DRNI系统是如何进行流量转发的呢？接下来让我们探究一下DRNI对不同流量的转发过程。

 

 DRNI流量转发

 

1、用户侧广播

非DR广播流量：

如图所示，Device D收到来自Device A的广播流量后，将向相连设备转发。当流量到达Device E时，由于IPP与DR组成员接口存在单向隔离机制，到达Device E的流量不会向Device B转发。单向隔离机制是指从IPL收到的报文不再从DR接口转发。

 

DR广播流量：

如图所示，Device B发送的广播流量会在Device D、Device E之间采用负载分担方式进行转发，此处以Device D转发为例进行说明。Device D收到流量后将向相连设备转发，当流量到达Device E时，由于IPP与DR成员接口存在单向隔离机制，到达Device E的流量不会向Device B转发。

设备通过广播流程，学习MAC/ARP等表项；DR设备间会实时平滑表项，最终DR设备间转发表项将一致。

根据IPP和DR单向隔离机制，不管是非DR侧设备发起的广播流量还是DR侧设备发起的广播流量，广播到IPL口的流量都不会从对端设备的DR口再次广播出去，可以去单挂口。

 

2、用户侧单播

非DR单播流量：

如图所示，Device A向Device D发送单播流量，Device D按照本地转发优先原则将其转发。本地转发优先是指当接收流量的DR设备上存在对应的转发表项，则只在该设备上转发流量，不向IPL链路上转发。

 

DR单播流量：

如图所示，Device D与Device E形成负载分担，共同对来自DR组成员端口的单播流量进行转发。单播流量按本地转发优先原则，避免对IPL链路造成压力。

 

DR设备对已知单播做本地转发，正常情况下不会跨IPL链路转发，两边会同步DR侧表项。

DR设备按照本地转发优先原则将其转发。本地转发优先是指当接收流量的DR设备上存在对应的转发表项，则只在该设备上转发流量，不向IPL链路上转发。

为了保证L3流量的本地转发，VLAN虚接口MAC和VRRP实MAC都会同步给Peer DR设备。

 

3、网络侧流量

网络侧广播流量：

Device D会将外网的广播流量发送到每一个用户侧端口，且由于IPP与DR组成员端口存在单向隔离机制，到达Device E的流量不会向Device B转发。

 

网络侧单播流量：

对于网络侧发往DR组成员端口的单播流量，流量会负载分担到Device D和Device E，然后发送至Device B。

 

 

总结

DRNI是一种跨设备链路聚合技术，将两台物理设备在聚合层面虚拟成一台设备来实现跨设备链路聚合，从而提供设备级冗余保护和流量负载分担。