H3C交换设备的IRF（智能弹性架构）工作原理及配置

博文目录
一、IRF概述
二、IRF具有哪些优点
三、IRF的基本概念
1、角色
2、IRF端口
3、IRF物理端口
4、IRF合并
5、IRF分裂
6、成员优先级
四、IRF的运行模式与配置方式
五、IRF的工作原理
1、物理连接
2、拓扑收集
3、角色选举
4、IRF的管理与维护
六、多IRF冲突检测（MAD功能）
1、多IRF冲突检测的定义和功能
2、多IRF冲突检测的方式和原理
七、配置IRF
八、IRF和MAD涉及的查询类命令如下

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？

• 简化管理：IRF形成之后，用户通过任意成员设备的任意端口都可以登录IRF系统，对IRF内所有成员设备进行统一管理。
• 高可靠性：IRF的高可靠性体现在多个方面。例如，IRF由多台成员设备组成，master设备负责IRF的运行、管理和维护，slave设备在作为备份的同时也可以处理业务。一旦master设备故障，系统会迅速自动选举新的master，以保证业务不中断，从而实现了设备的1：N备份。此外，成员设备之间的IRF链路支持聚合功能，IRF和上、下层设备之间的物理链路也支持聚合功能，多条链路之间可以互为备份也可以进行负载分担，从而进一步提高了IRF的可靠性。
• 扩展力：通过增加成员设备，可以轻松自如地扩展IRF的端口数，带宽。因为各成员设备都有CPU，能够独立处理协议报文及进行报文转发，所以IRF还能够轻松自如地扩展处理能力。

三、IRF的基本概念

1、角色

IRF中每台设备都称为成员设备，成员设备按照功能不同，分为两种角色：

• Master：负责管理整个IRF。
• Slave：作为master的备份设备运行。当master故障时，系统会自动从slave中选举一个新的master接替原master工作。
  master和slave均由成员设备选举产生。一个IRF中同时只能存在一台master，其他成员设备都是slave。

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。

角色选举规则如下：

• 当master优先（IRF系统形成时，没有master设备，所有加入的设备都认为自己是master，会跳转到第二条规则继续比较）。
• 成员优先级大的优先。
• 系统运行时间长的优先。
• 桥MAC地址小的优先。
  从第一条开始判断，若判断的结果是多个最优，则继续判断下一条，直到找到唯一最优的成员设备才停止比较。此最优成员设备就是master，其他成员设备就都是slave。

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。
2）PC1及PC2分别属于vlan10和vlan20中，其各自对应的网关分别为192.168.10.1及192.168.20.1。配置在SW1和SW2上（SW1及SW2使用IRF技术虚拟化为一台三层交换机）。
3）最终实现效果为：SW1和SW2宕掉其中任何一台，都不会影响PC1和PC2的通信。

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     
[PC1-GigabitEthernet0/0]ip add 192.168.10.10 2 
[PC1-GigabitEthernet0/0]undo shutdown      
[PC1-GigabitEthernet0/0]quit      
[PC1]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.1

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     
[SW3-Bridge-Aggregation1]port link-type trunk  
[SW3-Bridge-Aggregation1]port trunk permit vlan all 
[SW3-Bridge-Aggregation1]link-aggregation mode dynamic 
[SW3-Bridge-Aggregation1]quit 
[SW3]int range GigabitEthernet 1/0/1 to GigabitEthernet 1/0/2    
[SW3-if-range]port link-aggregation group 1     
[SW3-if-range]port link-type trunk     
[SW3-if-range]port trunk permit vlan all    
[SW3-if-range]quit     
[SW3]vlan 20     
[SW3]quit    
[SW3-vlan20]int g1/0/3   
[SW3-GigabitEthernet1/0/3]port link-type access    
[SW3-GigabitEthernet1/0/3]port access vlan 20     
[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     
Renumbering the member ID may result in configuration change or loss. Continue?[Y/N]:y    
[SW2]quit
save    
The current configuration will be written to the device. Are you sure? [Y/N]:y   
(To leave the existing filename unchanged, press the enter key):   
reboot     
This command will reboot the device. Continue? [Y/N]:y   
 
[SW2]int range Ten-GigabitEthernet 2/0/50 to Ten-GigabitEthernet 2/0/51   

[SW2-if-range]shutdown     
[SW2-if-range]quit     
[SW2]irf-port 2/2      
[SW2-irf-port2/2]port group interface Ten-GigabitEthernet 2/0/50     

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.
[SW2-irf-port2/2]port group interface Ten-GigabitEthernet 2/0/51     
[SW2-irf-port2/2]quit    
[SW2]int range Ten-GigabitEthernet 2/0/50 to Ten-GigabitEthernet 2/0/51   
[SW2-if-range]undo shutdown    
[SW2-if-range]quit  
[SW2]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.
[SW2]irf-port-configuration active

SW1配置如下：（参照SW2注释）

[SW1]irf member 1 priority 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  
[SW1-Bridge-Aggregation1]port link-type trunk   
[SW1-Bridge-Aggregation1]port trunk permit vlan all    
[SW1-Bridge-Aggregation1]link-aggregation mode dynamic    
[SW1-Bridge-Aggregation1]mad enable    
You need to assign a domain ID (range: 0-4294967295)
[Current domain is: 0]:   
The assigned domain ID is: 0
MAD LACP only enable on dynamic aggregation interface.
[SW1-Bridge-Aggregation1]quit  
[SW1]interface Bridge-Aggregation 2     
[SW1-Bridge-Aggregation2]port link-type trunk    
[SW1-Bridge-Aggregation2]port trunk  permit vlan all     
[SW1-Bridge-Aggregation2]link-aggregation mode dynamic    
[SW1-Bridge-Aggregation2]mad enable      
You need to assign a domain ID (range: 0-4294967295)
[Current domain is: 0]:     
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      
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port link-type trunk     
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan all     
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port link-aggregation group 2   
               
[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 
                
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]quit    
 
[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   
[SW1-vlan10]quit   
[SW1]vlan 20    
[SW1-vlan20]quit   
[SW1]int vlan 10    
[SW1-Vlan-interface10]ip add 192.168.10.1 24   
[SW1-Vlan-interface10]undo shutdown   
[SW1-Vlan-interface10]quit
[SW1]int vlan 20      
[SW1-Vlan-interface20]ip add 192.168.20.1 24   
[SW1-Vlan-interface20]undo shutdown    
[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      
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      
 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     
                              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       
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：

博文到此结束，感谢阅读！