华为交换机，配置OSPF与BFD联动示例

OSPF简介

定义

开放式最短路径优先OSPF（Open Shortest Path First）是IETF组织开发的一个基于链路状态的内部网关协议（Interior Gateway Protocol）。

  • OSPF把自治系统AS（Autonomous System）划分成逻辑意义上的一个或多个区域；

  • OSPF通过链路状态通告LSA（Link State Advertisement）的形式发布路由；

  • OSPF依靠在OSPF区域内各设备间交互OSPF报文来达到路由信息的统一；

  • OSPF报文封装在IP报文内，可以采用单播或组播的形式发送。

目前针对IPv4协议使用的是OSPF Version 2（RFC2328）；针对IPv6协议使用OSPF Version 3（RFC2740）。如无特殊说明，本文中所指的OSPF均为OSPF Version 2。

优点

在OSPF出现前，RIP是网络上使用最广泛的IGP协议。但随着网络的快速成长和扩展，RIP的某些限制可能会导致其在大型网络中不再适用，OSPF则能够解决RIP所面临的诸多问题。如表1所示。

此外，OSPF还有以下优点：

  • OSPF可以采用组播形式收发报文，这样可以减少对未运行OSPF的路由器的影响。

  • OSPF支持无类型域间选路（CIDR）。

  • OSPF支持对等价路由进行负载分担。

  • OSPF支持报文验证。

OSPF与其它协议联动

OSPF与BFD联动

双向转发检测BFD（Bidirectional Forwarding Detection）是一种用于检测转发引擎之间通信故障的检测机制。

BFD对两个系统间的、同一路径上的同一种数据协议的连通性进行检测，这条路径可以是物理链路或逻辑链路，包括隧道。

OSPF与BFD联动就是将BFD和OSPF协议关联起来，将BFD对链路故障的快速感应通知OSPF协议，从而加快OSPF协议对于网络拓扑变化的响应。

网络上的链路故障或拓扑变化都会导致设备重新进行路由计算，所以缩短路由协议的收敛时间对于提高网络的性能是非常重要的。

由于链路故障是无法完全避免的，因此，加快故障感知速度并将故障快速通告给路由协议是一种可行的方案。BFD和OSPF相关联，一旦与邻居之间的链路出现故障，BFD的快速性能够加快OSPF的收敛速度。

OSPF与BFD联动的原理如图1所示。

  1. SwitchA、SwitchB、SwitchC之间建立OSPF邻居关系。

  2. 邻居状态到达Full状态时通知BFD建立BFD会话。

  3. SwitchA到SwitchB的路由出接口为GE0/0/2，当这两台设备间的链路出现故障后，BFD首先感知到并通知SwitchA。

  4. SwitchA处理邻居Down事件，重新进行路由计算，新的路由出接口为GE0/0/1，经过SwitchC到达SwitchB。

OSPF与BGP联动

当有新的设备加入到网络中，或者设备重启时，可能会出现在BGP收敛期间内网络流量丢失的现象。这是由于IGP收敛速度比BGP快而造成的。

通过使能OSPF与BGP联动特性可以解决这个问题。

在存在备份链路的情况下，BGP在链路回切时，由于路由收敛速度滞后于OSPF路由收敛速度，从而造成流量丢失。

如图2所示，四台设备SwitchA、SwitchB、SwitchC、SwitchD之间运行OSPF协议，并建立IBGP连接。SwitchC为SwitchB的备份设备。当网络环境稳定时，BGP与OSPF在设备上是完全收敛的。

正常情况下，从SwitchA到10.3.1.0/30的流量会途经SwitchB。当SwitchB发生故障后，流量切换到SwitchC。SwitchB故障恢复以后，流量回切到SwitchB，此时会有流量丢失。

这是因为，在流量回切到SwitchB的过程中，IGP收敛速度比BGP快，因此OSPF先收敛，BGP还没有完成收敛，导致SwitchB不知如何到达10.3.1.0/30。

这样，当从SwitchA去往10.3.1.0/30的流量被发送给SwitchB时，由于没有必要的路由选择信息，这些流量就会被丢弃。

使能了OSPF与BGP联动特性的设备会在设定的联动时间内保持为Stub路由器，也就是说，该设备发布的LSA中的链路度量值为最大值（65535），从而告知其它OSPF设备不要使用这个路由器来转发数据。

图2中，在RoutetB上使能BGP联动，这样，在BGP收敛完成前，SwitchA不把流量转发到SwitchB上，而是继续使用备份设备SwitchC转发流量，直到SwitchB上的BGP路由完成收敛。

OSPF-LDP联动

在存在主备链路的网络中，当主链路故障恢复后，流量会从备份链路切换到主链路。

由于IGP的收敛在LDP会话建立之前完成，导致旧的LSP已经删除，新的LSP还没有建立，因此LSP流量中断。

如图3所示，PE1-P1-P2-P3-PE2为主链路，PE1-P1-P4-P3-PE2为备份链路。

主链路发生故障，流量从主链路切换到备份链路。主链路故障恢复，流量从备份链路回切到主链路，此时流量会有较长时间的中断。

通过在P1和P2上配置标签分发协议LDP（Label Distribution Protocol）和IGP同步功能，能够缩短流量从备份链路切换到主链路时的中断时间。

LDP和IGP同步的基本原理是：通过抑制IGP建立邻居关系来推迟路由的回切，直至LDP完成收敛。也就是在主链路的LSP建立之前，先保留备份链路，让流量继续从备份链路转发，直至主链路的LSP建立成功，再删除备份链路。

LDP和IGP同步包括三个定时器：

  • Hold-down

  • Hold-max-cost

  • Delay

当主链路故障恢复后，路由器进行以下操作：

  1. 启动Hold-down定时器，IGP接口先不建立IGP邻居，等待LDP会话的建立。

  2. Hold-down定时器超时后，启动Hold-max-cost定时器。IGP在本地路由器的链路状态通告中，向主链路通告接口链路的最大metric值。

  3. 故障链路的LDP会话重新建立以后，启动Delay定时器等待LSP的建立。

  4. Delay定时器超时以后，无论IGP的状态如何，LDP都通知IGP同步流程结束。

实验需求

如中所示，S1、S2和S3之间运行OSPF，S1和S2之间的交换机仅作透传功能（这里移除了该交换机，如要添加则需要关闭STP功能）。现在需要S和S2能快速感应它们之间的链路状态，当链路S1-S2发生故障时，业务能快速切换到备份链路S1-S3-S2上。

 

注：请确保该场景下互联接口的STP处于未使能状态。因为在使能STP的环形网络中，如果用交换机的VLANIF接口构建三层网络，会导致某个端口被阻塞，从而导致三层业务不能正常运行。 

实验思路

采用如下思路配置OSPF与BFD联动：

  1. 在各交换机上配置OSPF基本功能，实现整个OSPF网络的互通。

  2. 在各交换机上配置OSPF与BFD联动功能，实现当SwitchA和SwitchB之间的链路出现故障时快速的切换到备份链路。

实验步骤
  1. 配置各接口所属的VLAN

    # 配置S1。S2和S3的配置与S1类似。

<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.	
[Huawei]sysname S1
	
[S1]undo info-center enable 
Info: Information center is disabled.
	
[S1]vlan batch 10 30
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
	
[S1]interface GigabitEthernet 0/0/1	
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk 	
[S1-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10

[S1-GigabitEthernet0/0/1]interface GigabitEthernet 0/0/2	
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk 	
[S1-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 30	
[S1-GigabitEthernet0/0/2]quit

    2. 配置各VLANIF接口的IP地址

        # 配置S1。S2和S3的配置与S1类似。

[S1]interface Vlanif 10	
[S1-Vlanif10]ip address 10.1.1.1 24

[S1-Vlanif10]interface Vlanif 30	
[S1-Vlanif30]ip address 10.3.3.1 24	
[S1-Vlanif30]quit

    3. 配置OSPF基本功能

         # 配置S1。

[S1]ospf 1 router-id 10.10.10.1	
[S1-ospf-1]area 0
[S1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255	
[S1-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.3.3.0 0.0.0.255	
[S1-ospf-1-area-0.0.0.0]quit 	
[S1-ospf-1]quit

        # 配置S2。

[S2]ospf 1 router-id 10.10.10.2	
[S2-ospf-1]area 0	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.2.2.0 0.0.0.255	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.3.3.0 0.0.0.255	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.1.0 0.0.0.255	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]quit 	
[S2-ospf-1]quit

       # 配置S3。

[S3]ospf 1 router-id 10.10.10.3	
[S3-ospf-1]area 0	 	
[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255	
[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.2.2.0 0.0.0.255	
[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]quit	
[S3-ospf-1]quit

       # 配置完成后，执行命令display ospf peer，可以看到S1，S2和S3之间互相建立了邻接关系。以S1的显示结果为例。

      # 查看S1的OSPF路由表的信息，可以看到去往S2和S3的路由表项。而去往目的网段172.16.1.0/24的路由下一跳地址为10.3.3.2，说明流量在链路S1→S2上传输。

  4. 配置OSPF与BFD联动

     # 在S1上配置OSPF与BFD联动功能。

[S1]bfd 	
[S1-bfd]quit 	
[S1]ospf 1	
[S1-ospf-1]bfd all-interfaces enable 	
[S1-ospf-1]quit

    #在S2上配置OSPF与BFD联动功能。

[S2]bfd 	
[S2-bfd]quit 
	
[S2]ospf 1
[S2-ospf-1]bfd all-interfaces enable 	
[S2-ospf-1]quit

    # 在S3上配置OSPF与BFD联动功能。

[S3]bfd 	
[S3-bfd]quit 
	
[S3]ospf 1	
[S3-ospf-1]bfd all-interfaces enable 	
[S3-ospf-1]quit

    # 配置完成后，在S1或S2、S3上执行display ospf bfd session all命令，可以看到BFD会话的状态为Up。以S1的显示为例。

5. 检查配置结果

    # 对S2的GE0/0/1接口执行shutdown命令，模拟链路故障。

[S2]interface GigabitEthernet 0/0/1	
[S2-GigabitEthernet0/0/1]shutdown 	
[S2-GigabitEthernet0/0/1]quit

   # 在S1上查看OSPF路由表。

    可以看出在链路S1-S2出现故障后，备份链路S1-S3-S2开始生效，即去往目的网段172.16.1.0/24的路由下一跳地址变成了10.1.1.2。

S2 配置

<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.	
[Huawei]sysname S2
	
[S2]undo info-center enable 
Info: Information center is disabled.	
	
[S2]vlan batch 20 30 40
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.
	
[S2]interface GigabitEthernet 0/0/1	
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk 	
[S2-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 30

[S2-GigabitEthernet0/0/1]interface GigabitEthernet 0/0/2r	
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk 	
[S2-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 20

[S2-GigabitEthernet0/0/2]interface GigabitEthernet 0/0/3	
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port link-type trunk 	
[S2-GigabitEthernet0/0/3]port trunk allow-pass vlan 40	
[S2-GigabitEthernet0/0/3]quit 
	
[S2]interface Vlanif 20	
[S2-Vlanif20]ip address 10.2.2.2 24

[S2-Vlanif20]interface Vlanif 30	
[S2-Vlanif30]ip address 10.3.3.2 24

[S2-Vlanif30]interface Vlanif 40	
[S2-Vlanif40]ip address 172.16.1.1 24	
[S2-Vlanif40]quit 
	
[S2]ospf 1 router-id 10.10.10.2	
[S2-ospf-1]area 0	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.2.2.0 0.0.0.255	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.3.3.0 0.0.0.255	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]network 172.16.1.0 0.0.0.255	
[S2-ospf-1-area-0.0.0.0]quit 	
[S2-ospf-1]quit

S3 配置

<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.	
[Huawei]sysname S3
	
[S3]undo info-center enable 
Info: Information center is disabled.
	
[S3]interface GigabitEthernet 0/0/1	
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port link-type trunk 	
[S3-GigabitEthernet0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10

[S3-GigabitEthernet0/0/1]interface GigabitEthernet 0/0/2	
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk 	
[S3-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan 20
[S3-GigabitEthernet0/0/2]quit
		
[S3]vlan batch 10 20
Info: This operation may take a few seconds. Please wait for a moment...done.

[S3]interface Vlanif 10	
[S3-Vlanif10]ip address 10.1.1.2 24

[S3-Vlanif10]interface Vlanif 20	
[S3-Vlanif20]ip address 10.2.2.1 24	
[S3-Vlanif20]quit 
	
[S3]ospf 1 router-id 10.10.10.3	
[S3-ospf-1]area 0 	
[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.1.1.0 0.0.0.255	
[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]network 10.2.2.0 0.0.0.255	
[S3-ospf-1-area-0.0.0.0]quit	
[S3-ospf-1]quit

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