H3C交换设备的IRF（智能弹性架构）工作原理及配置
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博文目录 一、IRF概述IRF（Intelligesilient Framework，智能弹性架构）是H3C自主研发的硬件虚拟化技术。它的核心思想是将多台设备通过IRF物理端口连接在一起，进行必要的配置后，虚拟化成一台“分布式设备”。使用这种虚拟化技术可以集合多台设备的硬件资源和软件处理能力，实现多台设备的协同工作、统一管理和不间断维护。 目前的IRF是一种将多个设备虚拟为单一设备使用的通用虚拟化技术，此技术已经应用于高、中、低端多个系列的交换机设备，通过IRF技术形成的虚拟设备具有更高的扩展性、可靠性及性能。 二、IRF具有哪些优点？
三、IRF的基本概念1、角色
2、IRF端口一种专用于IRF的逻辑端口，分为IRF-Port2，需要和IRF物理端口绑定之后才能生效。 3、IRF物理端口设备上可以用于IRF连接的物理端口。IRF物理端口可能是IRF专用接口，以太网接口或者光口（设备上哪些端口可用作IRF物理端口与设备型号有关，要以实际情况为准）。通常情况下，以太网接口和光口负责向网络中转发业务报文，当它们与IRF端口绑定后就成为了IRF物理端口，用于成员设备之间转发报文。可转发的报文包括IRF相关协商报文及需要跨成员设备转发的业务报文。 4、IRF合并两个IRF各自已经稳定运行，通过物理连接和必要的配置，形成一个IRF，这个过程就是IRF合并。 5、IRF分裂一个IRF形成后，由于IRF链路故障，IRF中两相邻成员设备物理上不连通，一个IRF变成两个IRF，这个过程就是IRF分裂。 6、成员优先级成员优先级是成员设备的一个属性，主要用于角色选举过程中确定成员设备的角色。优先级越高当选master的可能性越大，设备的默认优先级为1，如果想让某台设备当选master，则在组建IRF前，可以通过命令行手动提高该设备的成员优先级。 四、IRF的运行模式与配置方式IRF的运行模式分为IRF模式和独立运行模式，设备出厂时默认处于独立运行模式。若在本次运行过程中，没有修改设备的运行模式，则下次启动会继续使用本次启动的运行模式；若在本次运行过程中，修改了设备的运行模式，则设备会自动重启，切换到新的模式。 chassis convert mode irf命令用来将设备的运行模式切换到IRF模式。 配置方式分为预配置方式和非预配置方式。预配置方式是在独立运行模式的设备上进行IRF相关配置，最终组成IRF只需要重启一次。非预配置方式是先在独立运行模式的设备上配置成员编号，然后切换到IRF模式，再配置IRF端口、成员优先级等相关参数。slave设备需要重启两次才能组成IRF。 五、IRF的工作原理1、物理连接要形成一个IRF，需要先连接成员设备的IRF物理端口。 2、拓扑收集每个成员设备和邻居成员设备通过交互IRF Hello报文来收集整个IRF的拓扑。IRF Hello报文会携带拓扑信息，具体包括IRF端口连接关系、成员设备编号、成员设备优先级、成员设备的桥MAC等内容。 3、角色选举确定成员设备角色为master或slave的过程称为角色选举，角色选举会在拓扑变更的情况下产生，如IRF建立、新设备加入、master设备离开或故障、两个IRF合并等。
4、IRF的管理与维护角色选举完成之后，IRF形成，所有的成员设备组成一台虚拟设备存在于网络中，所有成员设备上的资源归该虚拟设备拥有并由master统一管理。 1）成员编号 在运行过程中，IRF系统使用成员编号（Master ID）来标志和管理成员设备，并在端口编号和文件系统中引入成员编号的标识信息。该编号关系到整个IRF的管理和运行，因此，需要用户在设备加入IRF前统一规划、配置设备的成员编号，以保证IRF中成员编号的唯一性。 2）接口命名规则 对于单独运行的设备（即没有加入任何IRF），接口编号采用设备编号/子槽位编号/接口序号的格式，其中，默认情况下，设备编号为1。若设备曾经加入过IRF，则在退出IRF后，仍然会使用在IRF中时的成员编号作为自身的设备编号。子槽位编号即接口所在子槽位的编号。成员设备编号用来标识不同成员设备上的接口。子槽位编号和接口序号的含义及取值与单独运行时一样。 3）文件系统命名规则 对于IRF中的成员设备，直接使用存储介质的名称可以访问master设备的文件系统，使用“slotmember-ID#存储介质的名字”才可以访问slave设备的文件系统。 4）配置文件的同步 IRF技术使用了严格的配置文件同步机制，来保证IRF中的多台设备能够像一台设备一样在网络中工作，并且在master设备出现故障之后，其余设备仍能够正常执行各项功能。 IRF中的slave设备在启动时，会自动寻找master设备，并将master设备的当前配置文件同步到本地并执行；若IRF中的所有设备同时启动，则slave设备会将master设备的起始配置文件同步至本地并执行。 在IRF正常工作后，用户所进行的任何配置，都会记录到master设备的当前配置文件中，并同步到IRF中的各个设备执行；用户在执行save命令时，如果开启了配置文件同步保存功能（默认为开启），master设备的当前配置文件将被同步保存到IRF的所有成员设备上，作为起始配置文件，以便使IRF中所有设备的起始配置文件保持统一；如果未开启配置文件同步保存功能，当前配置文件将仅在master设备上进行保存。通过即时的同步，IRF中所有设备均保存有相同的配置文件，即使master设备出现故障，其他设备仍然能够按照相同的配置文件执行各项功能。 5）IRF拓扑维护 如果某成员设备A down或者IRF链路down，其邻居设备会立即将“成员设备A离开”的信息广播通知给IRF中的其他设备。获取到离开消息的成员设备会根据本地维护的IRF拓扑信息表来判断离开的是master还是slave，如果离开的是master，则触发新的角色选举，再更新本地的IRF拓扑；如果离开的是slave，则直接更新本地的IRF拓扑，以保证IRF拓扑能迅速收敛。 六、多IRF冲突检测（MAD功能）当存在多个IRF时会涉及一下问题。 1、多IRF冲突检测的定义和功能IRF链路故障会导致一个IRF变成两个新的IRF。这两个IRF拥有相同的IP地址等三层配置，会引起地址冲突，导致故障在网络中扩大。为了提高系统的可用性，当IRF分裂时需要一种机制能够检测出网络中同时存在多个IRF，并进行相应的处理，以尽量降低IRF分裂对业务的影响。MAD（Multi-Active Detection，多Active检测）就是这样一种检测和处理机制。它主要提供以下功能。 1）分裂检测：通过LACP（Link Aggregation Control Protocol，链路聚合控制协议）或者免费ARP（Gratuitous Address Resolution Protocol）来检测网络中是否存在多个IRF。 2）冲突处理：IRF分裂后，通过分裂检测机制IRF会检测到网络中存在其他处于active状态（标识IRF处于正常工作状态）的IRF。冲突处理会让master成员编号最小的IRF继续正常工作（维持active状态），其他IRF会迁移到recovery状态（表示IRF处于禁用状态），并关闭recovery状态IRF中所有成员设备上除保留端口以外的其他所有物理端口（通常为业务接口），以保证该IRF不能再转发业务报文。 3）MAD故障恢复：IRF链路故障导致IRF分裂，从而引起多active冲突。因此修复故障的IRF链路，使冲突的IRF重新合并为一个IRF，就能恢复MAD故障。若在MAD故障恢复前，处于recovery状态的IRF也出现了故障，则需要将故障IRF和故障链路都修复后，才能让冲突的IRF重新合并为一个IRF，恢复MAD故障；若再MAD故障恢复前，故障的是active状态的IRF，则可以通过命令行先启用recovery状态的IRF，让它接替原IRF工作，以便保证业务尽量少受影响，再恢复MAD故障。 IRF分裂后，竞选失败的IRF会自动关闭所有成员设备上的部分端口（等效于在接口下执行shutdown命令），但有些端口不会被自动关闭，这些端口称为保留端口。默认情况下，只有IRF物理端口是保留端口，如果要将其他端口（如用于远程登录的端口）也作为保留端口，需要使用命令行进行手工配置。 2、多IRF冲突检测的方式和原理IRF支持的MAD检测方式有LACP MAD检测、BFD MAD检测和ARP MAD检测。三种检测方式虽然原理不同但是功能效果相同，能够满足不同组网的需求。LACP MAD检测用于基于LACP的组网检测需求；BFD MAD检测用于基于BFD的组网检测需求；ARP MAD检测用于基于非聚合场合的Resilient ARP的组网检测需求。这三种方式独立工作，彼此之间互不干扰。因此，同一IRF内可以配置多种MAD检测方式。 1）LACP MAD检测的原理：LACP MAD检测时通过扩展LACP协议报文内容实现的，即在LACP协议报文的扩展字段内定义一个新的TLV（Type/Length/Value，类型/长度/值）数据域，用于交互IRF的Domain ID（域编号）和Active ID。当网络中同时存在多个IRF时（如IRF级联的组网情况），Domain ID用于区别不同的IRF。当某个IRF分裂时，Active ID用于MAD检测，用IRF中master设备的成员编号来表示。使能LACP MAD检测后，成员设备通过LACP协议报文和其他成员设备交互Domain ID和Active ID信息。
如上图所示，当成员设备收到LACP协议报文后，先比较Domain ID；如果Domain ID相同，再比较Active ID；如果Domain ID不同，则认为报文来自不同IRF，不再进行MAD处理。如果Active ID相同，则表示IRF正常运行，没有发生多Active冲突，如果Active ID不同，则表示IRF分裂，检测到多Active冲突。 2）BFD MAD检测的原理：BFD MAD检测是通过BFD协议实现的。要使BFD MAD检测功能正常运行，除在三层接口下使能BFD MAD检测功能外，还需要在该接口上配置MAD ID地址。MAD IP地址与普通IP地址不同的地方在于MAD IP地址与成员设备是绑定的，IRF中每个成员设备上都需要配置，且必须属于同一网段。 当IRF正常运行时，只有master上配置的MAD IP地址生效，slave设备上配置的MAD IP地址不生效，BFD会话处于down状态。可以通过display bfd session命令查看BFD会话的状态，若session state显示为up，则表示处于激活状态；若显示为down，则表示处于关闭状态。IRF分裂后会形成多个IRF，不同IRF中master上配置的MAD IP地址均会生效，BFD会话被激活，此时会检测到多Active冲突。 3）ARP MAD检测的原理：ARP MAD检测是通过扩展免费ARP协议报文内容实现的，即使用免费ARP协议报文中未使用的字段来交互IRF的Domain ID和active ID。domain ID和active ID的定义及比较方法同LACP MAD检测相同。使能ARP MAD检测后，成员设备可以通过免费ARP协议报文和其他成员设备交互domain IP和active ID信息。ARP MAD适用于使用MSTP双上行的组网。当IRF正常运行时，MSTP功能会阻塞某条链路，使免费ARP报文无法到达另一台成员设备，不会发生多active冲突。IRF分裂后会形成两个或多个IRF，MSTP将重新计算拓扑，原先阻塞的链路被打开，不同IRF中的成员设备便可以接收到另一个IRF发送的免费ARP协议报文，从而检测到多active冲突。 4）三种MAD检测的适用性分析如下表所示，一般来说，高可靠性要求下可以使用BFD MAD检测。
啰嗦了一大堆，原理性的东西也就说完了，下面简单配置一个IRF技术的案例。 七、配置IRF拓扑如下：
需求分析： 1）路由器模拟PC机，软件问题没法模拟PC，路由器代替。 1、开始配置： 首先配置基础部分（PC1、PC2、SW3及SW4）： PC1配置如下： [PC1]int g0/0 <!--进入接口--> [PC1-GigabitEthernet0/0]ip add 192.168.10.10 2 <!--接口配置IP地址--> [PC1-GigabitEthernet0/0]undo shutdown <!--启用接口--> [PC1-GigabitEthernet0/0]quit <!--保存退出--> [PC1]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.1<!--配置默认路由 ，相当于vlan--> PC2配置如下：(请参照PC1注释) [PC2]int g0/0 [PC2-GigabitEthernet0/0]ip add 192.168.20.10 24 [PC2-GigabitEthernet0/0]undo shutdown [PC2-GigabitEthernet0/0]quit [PC2]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.20.1 SW3配置如下： [SW3]int Bridge-Aggregation 1 <!--创建聚合链路，组号为1--> [SW3-Bridge-Aggregation1]port link-type trunk <!--配置为trunk--> [SW3-Bridge-Aggregation1]port trunk permit vlan all <!--允许所有vlan通过--> [SW3-Bridge-Aggregation1]link-aggregation mode dynamic <!--模式为动态自动协商--> [SW3-Bridge-Aggregation1]quit [SW3]int range GigabitEthernet 1/0/1 to GigabitEthernet 1/0/2 <!--连续进入这两个接口--> [SW3-if-range]port link-aggregation group 1 <!--加入到聚合链路组，组号为1--> [SW3-if-range]port link-type trunk <!--配置为trunk--> [SW3-if-range]port trunk permit vlan all <!--允许所有vlan通过--> [SW3-if-range]quit [SW3]vlan 20 <!--创建vlan 20--> [SW3]quit [SW3-vlan20]int g1/0/3 <!--进入接口--> [SW3-GigabitEthernet1/0/3]port link-type access <!--接口配置为接入链路--> [SW3-GigabitEthernet1/0/3]port access vlan 20 <!--vlan20加入到接口--> [SW3-GigabitEthernet1/0/3]quit SW4配置如下：（参照SW3注释） [SW4]interface Bridge-Aggregation 2 [SW4-Bridge-Aggregation2]port link-type trunk [SW4-Bridge-Aggregation2]port trunk permit vlan all [SW4-Bridge-Aggregation2]link-aggregation mode dynamic [SW4-Bridge-Aggregation2]quit [SW4]interface range GigabitEthernet 1/0/1 to GigabitEthernet 1/0/2 [SW4-if-range]port link-aggregation group 2 [SW4-if-range]port link-type trunk [SW4-if-range]port trunk permit vlan all [SW4-if-range]quit [SW4]vlan 10 [SW4-vlan10]quit [SW4]int g1/0/3 [SW4-GigabitEthernet1/0/3]port link-type access [SW4-GigabitEthernet1/0/3]port access vlan 10 [SW4-GigabitEthernet1/0/3]quit 下面开始配置IRF技术 SW2配置如下（由于设备需要重启几次，所以重启前保存配置很重要）： [SW2]irf member 1 renumber 2 <!--将编号1改为2--> Renumbering the member ID may result in configuration change or loss. Continue?[Y/N]:y <!--输入“Y”确定--> [SW2]quit <SW2>save <!--保存配置--> The current configuration will be written to the device. Are you sure? [Y/N]:y <!--输入“Y”确定--> (To leave the existing filename unchanged,press the enter key): <!--回车键即可--> <SW2>reboot <!--重启设备--> This command will reboot the device. Continue? [Y/N]:y <!--输入“Y”确定--> <!--重启后开始配置IRF--> [SW2]int range Ten-GigabitEthernet 2/0/50 to Ten-GigabitEthernet 2/0/51 <!--经过上面的配置，原来的G1/0/50自动改为了G2/0/50--> [SW2-if-range]shutdown <!--关闭接口--> [SW2-if-range]quit [SW2]irf-port 2/2 <!--创建IRF逻辑接口--> [SW2-irf-port2/2]port group interface Ten-GigabitEthernet 2/0/50 <!--将物理接口加入逻辑接口--> <!--会出现下面三行提示信息--> You must perform the following tasks for a successful IRF setup: Save the configuration after completing IRF configuration. Execute the "irf-port-configuration active" command to activate the IRF ports. [SW2-irf-port2/2]port group interface Ten-GigabitEthernet 2/0/51 <!--将物理接口加入逻辑接口--> [SW2-irf-port2/2]quit [SW2]int range Ten-GigabitEthernet 2/0/50 to Ten-GigabitEthernet 2/0/51 <!--连续进入两个接口--> [SW2-if-range]undo shutdown <!--启用接口--> [SW2-if-range]quit [SW2]save <!--保存配置--> The current configuration will be written to the device. Are you sure? [Y/N]:y <!--输入“Y”确定--> Please input the file name(*.cfg)[flash:/startup.cfg] (To leave the existing filename unchanged,press the enter key): <!--回车键即可--> flash:/startup.cfg exists,overwrite? [Y/N]:y <!--输入“Y”确定--> Validating file. Please wait... Saved the current configuration to mainboard device successfully. [SW2]irf-port-configuration active SW1配置如下：（参照SW2注释） [SW1]irf member 1 priority 32 <!--将设备优先级改为32--> [SW1]interface range Ten-GigabitEthernet 1/0/50 to Ten-GigabitEthernet 1/0/51 [SW1-if-range]shutdown [SW1-if-range]quit [SW1]irf-port 1/1 [SW1-irf-port1/1]port group interface Ten-GigabitEthernet 1/0/50 You must perform the following tasks for a successful IRF setup: Save the configuration after completing IRF configuration. Execute the "irf-port-configuration active" command to activate the IRF ports. [SW1-irf-port1/1]port group interface Ten-GigabitEthernet 1/0/51 [SW1-irf-port1/1]quit [SW1]int range Ten-GigabitEthernet 1/0/50 to Ten-GigabitEthernet 1/0/51 [SW1-if-range]undo shutdown [SW1-if-range]quit [SW1]irf-port-configuration active [SW1]save The current configuration will be written to the device. Are you sure? [Y/N]:y Please input the file name(*.cfg)[flash:/startup.cfg] (To leave the existing filename unchanged,press the enter key): flash:/startup.cfg exists,overwrite? [Y/N]:y Validating file. Please wait... Saved the current configuration to mainboard device successfully. 当SW1设备激活IRF端口配置后，IRF组中优先级低的设备会自动重启，我这里激活后，大约二三十秒左右，SW2自动重启了。当SW2重启后，也就可以对这两台设备进行统一管理了，接下来的配置，在SW1或SW2上配置都可以，都是会同步的。 下面在SW1或SW2任意一台设备上配置聚合链路，并开启LACP MAD检测功能： [SW1]int Bridge-Aggregation 1 <!--创建聚合链路，编号为1，与SW3的聚合链路号一致--> [SW1-Bridge-Aggregation1]port link-type trunk <!--配置为trunk--> [SW1-Bridge-Aggregation1]port trunk permit vlan all <!--允许所有vlan通过--> [SW1-Bridge-Aggregation1]link-aggregation mode dynamic <!--模式为动态自动协商--> [SW1-Bridge-Aggregation1]mad enable <!--开启LACP MAD检测功能--> You need to assign a domain ID (range: 0-4294967295) [Current domain is: 0]: <!--输入回车键即可--> The assigned domain ID is: 0 MAD LACP only enable on dynamic aggregation interface. [SW1-Bridge-Aggregation1]quit [SW1]interface Bridge-Aggregation 2 <!--创建聚合链路，编号为2，与SW4的聚合链路编号一致--> [SW1-Bridge-Aggregation2]port link-type trunk <!--配置为trunk--> [SW1-Bridge-Aggregation2]port trunk permit vlan all <!--允许所有vlan通过--> [SW1-Bridge-Aggregation2]link-aggregation mode dynamic <!--模式为动态自动协商--> [SW1-Bridge-Aggregation2]mad enable <!--开启LACP MAD检测功能--> You need to assign a domain ID (range: 0-4294967295) [Current domain is: 0]: <!--保存默认，回车键即可--> The assigned domain ID is: 0 MAD LACP only enable on dynamic aggregation interface. [SW1-Bridge-Aggregation2]quit 将相应的端口添加至聚合链路中： [SW1]interface GigabitEthernet 1/0/1 <!--进入接口-->
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port link-type trunk <!--配置为trunk-->
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan all <!--允许所有vlan通过-->
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port link-aggregation group 2
<!--接口加入到聚合链路2中-->
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]int g1/0/2
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]port trunk permit vlan all
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]port link-aggregation group 1
<!--接口加入到聚合链路1中-->
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]quit
<!--下面是将SW2的端口加入到相应的聚合链路中（参照上面注释）-->
[SW1]int g2/0/1
[SW1-GigabitEthernet2/0/1]port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet2/0/1]port trunk permit vlan all
[SW1-GigabitEthernet2/0/1]port link-aggregation group 2
[SW1-GigabitEthernet2/0/1]quit
[SW1]int g2/0/2
[SW1-GigabitEthernet2/0/2]port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet2/0/2]port trunk permit vlan all
[SW1-GigabitEthernet2/0/2]port link-aggregation group 1
[SW1-GigabitEthernet2/0/2]quit
创建相应的vlan，并配置IP地址（IP地址为两台PC机的网关） [SW1]vlan 10 <!--创建vlan 10--> [SW1-vlan10]quit <!--保存退出--> [SW1]vlan 20 <!--创建vlan 20--> [SW1-vlan20]quit <!--保存退出--> [SW1]int vlan 10 <!--进入vlan 10--> [SW1-Vlan-interface10]ip add 192.168.10.1 24 <!--配置IP地址--> [SW1-Vlan-interface10]undo shutdown <!--启用vlan 10--> [SW1-Vlan-interface10]quit [SW1]int vlan 20 <!--进入vlan 20--> [SW1-Vlan-interface20]ip add 192.168.20.1 24 <!--配置IP地址--> [SW1-Vlan-interface20]undo shutdown <!--启用vlan 10--> [SW1-Vlan-interface20]quit PC1和PC2进行ping测试
已经可以ping通了，现在IRF已经正常运行了，SW1或SW2 down掉其中任何一台，都不会影响PC1和PC2的通信。 八、IRF和MAD涉及的查询类命令如下
[SW1]dis irf <!--查看设备的IRF配置信息--> MemberID Role Priority CPU-Mac Description *+1 Master 3.2 206b-8b49-0104 --- 2 Standby 1 206b-9278-0204 --- -------------------------------------------------- * indicates the device is the master. + indicates the device through which the user logs in. The bridge MAC of the IRF is: 206b-8b49-0100 Auto upgrade : yes Mac persistent : 6 min Domain ID : 0 [SW1] display irf命令显示信息描述表如下：
[SW1]display irf configuration <!--查看IRF的端口信息-->
MemberID NewID IRF-Port1 IRF-Port2
1 1 Ten-GigabitEthernet1/0/50 disable
Ten-GigabitEthernet1/0/51
2 2 disable Ten-GigabitEthernet2/0/50
Ten-GigabitEthernet2/0/51
[SW1]
display irf configuration命令显示信息描述表如下：
[SW1]display irf topology <!--查看IRF的拓扑信息-->
Topology Info
-------------------------------------------------------------------------
IRF-Port1 IRF-Port2
MemberID Link neighbor Link neighbor Belong To
2 DIS --- UP 1 206b-8b49-0104
1 UP 2 DIS --- 206b-8b49-0104
[SW1]
display irf topology命令显示信息描述表如下：
[SW1]display mad verbose <!--查看当前MAD的状态信息--> Multi-active recovery state: No Excluded ports (user-configured): Excluded ports (system-configured): Ten-GigabitEthernet1/0/50 Ten-GigabitEthernet1/0/51 Ten-GigabitEthernet2/0/50 Ten-GigabitEthernet2/0/51 MAD ARP disabled. MAD ND disabled. MAD LACP disabled. MAD BFD disabled. [SW1] display mad verbose命令显示信息描述表如下：
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