实战华为动态智能虚拟私有网络（ENSP），实现业务数据通信

HCIEv3.0

1.基础概念

即动态智能虚拟私有网络，是指在Hub-Spoke网络模型中，分支与总部、分支与分支间动态建立虚拟私有网络的一种技术。
为了充分利用公共网络资源，降低网络构建成本，越来越多的企业希望通过公共网络将总部机构（Hub）与地理位置不同的多个分支机构（Spoke）相连，并在分支机构与总部机构间、分支机构与分支机构间建立虚拟私有网络。
在Hub-Spoke网络中，总部与分支间建立Hub-Spoke隧道，分支到分支的数据流经由总部传输。按图1进行网络规划和部署后，会带来如下问题：

当新接入一个分支之后，总部Hub需要针对其进行虚拟私有网络配置和维护。在大量分支接入时，总部Hub的配置会变得非常复杂，而且每次网络调整时，都需要调整总部的配置。
如果分支间通信经过总部中转，这些数据流会使用总部资源且导致额外延迟（特别是采用IPSec加密时），因为总部需要对来自源分支的数据包进行解密再加密，以将其发送到目的分支。
如果分支之间不通过总部中转而直接进行通信，此时如果分支出口采用的是动态地址，则分支之间无法事先获知对端的地址，因此无法在分支之间直接建立隧道。
DS虚拟私有网络通过NHRP（Next Hop Resolution Protocol）收集、维护各站点动态变化的公网地址等信息，解决了无法事先获得通信对端公网地址的问题
DS虚拟私有网络节点
DS虚拟私有网络节点为部署DS虚拟私有网络的设备，包括Spoke和Hub两种形态。
Spoke

Spoke通常是企业分支机构的网关设备。一般情况下，Spoke使用动态的公网地址。

Hub

Hub通常是企业总部，是DS虚拟私有网络网络的中心设备，接收Spoke向其注册的信息。DS虚拟私有网络中，Hub既可使用固定的公网地址，也可使用域名。

2.实施组件

1.MGRE（Multipoint GRE），多点GRE。
2.NHRP协议（Next Hop Resolution Protocol ），下一跳地址解析协议。
3.路由协议
4.可选的IPSec封装，实现数据的安全传输。
注意DS虚拟私有网络使用限制
DS虚拟私有网络网络中只支持两种路由协议：静态路由和OSPF路由协议。（已经支持BGP和RIP协议，在本例中使用了2种路由协议）

mGRE和mGRE隧道接口
mGRE是在GRE基础上发展而来的一种点到多点GRE技术。mGRE隧道接口是为实现DS×××而提供的一种点到多点类型的逻辑接口。

mGRE隧道接口包含以下元素：
隧道源地址：报文传输协议中的源地址。隧道源地址就是GRE封装后的报文源地址，即图1中的公网地址（NBMA地址）。
隧道目的地址：报文传输协议中的目的地址。隧道目的地址就是GRE封装后的报文目的地址。
隧道接口IP地址：隧道接口地址和其他物理接口上的IP地址一样，用于设备之间的通信（例如获取路由信息等），即图中的Tunnel地址（Protocol地址）

3.实施拓扑

如图所示，三个站点中，R1作为中心站点，公网地址使用配置完毕，隧道地址采用172.16.1.0/24网络

4.实施步骤

4.1 前提：解决公网地址（NBMA地址）的路由问题，现网中，NBMA地址的可达性大部分时候由运营商来负责

dis ip rou pro static ```

Route Flags: R - relay, D - download to fib
---------------------------------------------------------------------------
Public routing table : Static
Destinations : 1        Routes : 1        Configured Routes : 1

Static routing table status : 
Destinations : 1        Routes : 1

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

0/0   Static  60   0          RD   202.10.1.2      GigabitEthernet0/0/0

Static routing table status : 
Destinations : 0        Routes : 0

ping 202.100.1.1
  PING 202.100.1.1: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 202.100.1.1: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=590 ms
    Reply from 202.100.1.1: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=240 ms
    Reply from 202.100.1.1: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=100 ms
    Reply from 202.100.1.1: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=70 ms
    Reply from 202.100.1.1: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=40 ms

  --- 202.100.1.1 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    5 packet(s) received
    0.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 40/208/590 ms

ping 202.100.1.2
  PING 202.100.1.2: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 202.100.1.2: bytes=56 Sequence=1 ttl=254 time=230 ms
    Reply from 202.100.1.2: bytes=56 Sequence=2 ttl=254 time=100 ms
    Reply from 202.100.1.2: bytes=56 Sequence=3 ttl=254 time=100 ms
    Reply from 202.100.1.2: bytes=56 Sequence=4 ttl=254 time=50 ms
    Reply from 202.100.1.2: bytes=56 Sequence=5 ttl=254 time=40 ms

dis cu | i ip route-s
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 202.100.1.254
dis cu | i ip route
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 202.100.1.254
dis cu | i ip route-s
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 202.10.1.2

## 4.2 组件1.多点GRE隧道
它依旧是通用路由封装的格式，但这种隧道仅仅有源地址，没有目标地址，故而可以实现多点的隧道
两种隧道：静态隧道和动态隧道

interface Tunnel0/0/0
 ip address 172.16.1.1 255.255.255.0 
 tunnel-protocol gre p2mp
 source GigabitEthernet0/0/0
[R2-Spoke1-Tunnel0/0/0]dis th
[V200R003C00]
#
interface Tunnel0/0/0
 ip address 172.16.1.2 255.255.255.0 
 tunnel-protocol gre p2mp
 source GigabitEthernet0/0/0
[R3-Spoke2-Tunnel0/0/0]dis th
[V200R003C00]
#
interface Tunnel0/0/0
 ip address 172.16.1.3 255.255.255.0 
 tunnel-protocol gre p2mp

隧道是一个逻辑接口，没有MAC地址，意味着没有arp解析，同时又不是点到点的网络，那数据怎么完成封装呢？
## 4.3 组件2 NHRP（下一跳解析协议）
非shortcut场景，如下图所示
![](https://s1.51cto.com/images/blog/201808/31/3f2550bc2f40a5f66b42a71d88404cb9.png?x-oss-process=image/watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=)

可以借助前边的公网地址使得私有网络完成通信。
NHRP的功能非常类似于ARP（映射IP（逻辑）到MAC（物理））和Reverse ARP （映射IP（逻辑）到DLCI （物理））。就像ARP一样，NHRP支持静态映射和动态映射。Hub路由器维护一个所有Spoke隧道地址（虚拟）到公网地址（物理）的数据库。当Spoke启动以后，它注册自己的公网地址到Hub，并且询问其他目的Spoke的公网地址，这样Spokes之间就能直接建立隧道。）
在DM×××第二阶段（非shortcut）的虚拟网状拓扑设计中，所有站点都配置mGRE隧道。中心站点与分支站点间维护一个永恒隧道，分支站点与分支站点间则按需建立隧道，形成虚拟网状拓扑，真正实现DM×××的高扩展性。
DM×××第三阶段中和第二阶段基本一致，所有站点都使用mGRE。第三阶段主要对于大规模的DM×××实施进行了优化和调整，整体呈现树状拓扑。中心站点和分支之间只需要维持一条×××隧道即可，Spoke和Spoke之间通讯是按需建立隧道，可以实现虚拟全互联的效果，真正的实现了DM×××的高扩展性。Spoke-to-Spoke的流量无需通过中心站点进行转发，通过动态建立的隧道，可以使通讯双方直接通讯，相对于第一阶段的DM×××的优势在于减少了中心性能的消耗，保证了中心的带宽

把私网地址（172.16.1.2）解析成公网可达地址（202.100.1.2）
NHRP的动态（分支到分支间的临时映射）和静态（总部到分支的固定映射）对等体去完成这个任务

[R1-HUB-Tunnel0/0/0]nhrp entry multicast dynamic ```

[R2-Spoke1-Tunnel0/0/0]nhrp entry 172.16.1.1 202.10.1.1 register
[R3-Spoke2-Tunnel0/0/0]nhrp entry 172.16.1.1 202.10.1.1 register //把私网地址手工映射为公网地址，即NBMA地址
[R1-HUB-Tunnel0/0/0]display nhrp peer all

---

Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag

---

1.2 32 202.100.1.1 172.16.1.2 dynamic route tunnel

---

Tunnel interface: Tunnel0/0/0
Created time : 00:02:33
Expire time : 01:57:27

---

Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag

---

1.3 32 202.100.1.2 172.16.1.3 dynamic route tunnel

---

[R2-Spoke1-Tunnel0/0/0]disp nhrp peer all

---

Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag

---

1.1 32 202.10.1.1 172.16.1.1 static hub

---

[R3-Spoke2-Tunnel0/0/0]disp nhrp peer all

---

Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag

---

1.1 32 202.10.1.1 172.16.1.1 static hub

------------------------------------------------------------------------------- 

直连通信：
[R1-HUB-Tunnel0/0/0]ping 172.16.1.2
PING 172.16.1.2: 56 data bytes, press CTRL_C to break
Reply from 172.16.1.2: bytes=56 Sequence=1 ttl=255 time=140 ms
Reply from 172.16.1.2: bytes=56 Sequence=2 ttl=255 time=90 ms
Reply from 172.16.1.2: bytes=56 Sequence=3 ttl=255 time=60 ms
Reply from 172.16.1.2: bytes=56 Sequence=4 ttl=255 time=100 ms
Reply from 172.16.1.2: bytes=56 Sequence=5 ttl=255 time=80 ms

--- 172.16.1.2 ping statistics ---
5 packet(s) transmitted
5 packet(s) received
0.00% packet loss
round-trip min/avg/max = 60/94/140 ms

[R1-HUB-Tunnel0/0/0]ping 172.16.1.3
PING 172.16.1.3: 56 data bytes, press CTRL_C to break
Reply from 172.16.1.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=255 time=140 ms
Reply from 172.16.1.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=255 time=60 ms
Reply from 172.16.1.3: bytes=56 Sequence=3 ttl=255 time=60 ms
Reply from 172.16.1.3: bytes=56 Sequence=4 ttl=255 time=70 ms
Reply from 172.16.1.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=255 time=130 ms

4.4 组件3.动态路由协议需要调整

IP路由更新和IP组播数据包仅仅只在Hub-to-spoke隧道中进行传输，单播数据包既能穿越hub-to-spoke隧道也能穿越直接动态建立的spoke-to-spoke隧道。路由比邻只在hub-to-spoke隧道上建立，spoke-to-spoke的路由逻辑由NHRP来执行。路由协议并不监控spoke-to-spoke隧道的状态
OSPF案例

[R1-HUB-Tunnel0/0/0]dis cu conf ospf
[V200R003C00]
#
ospf 1 router-id 1.1.1.1 
 area 0.0.0.0
[R1-HUB-ospf-1-area-0.0.0.0]int lo0      
[R1-HUB-LoopBack0]description YEWU
[R1-HUB-LoopBack0]ip address 10.1.1.1 32
[R1-HUB-LoopBack0]ospf en a 0
[R1-HUB-LoopBack0]int tun 0/0/0
[R1-HUB-Tunnel0/0/0]ospf en a 0  
0 不能
1 能
此时网络中有3台设备，必须是一个多点接入网络，可是OSPF网络类型是点到点（p2p不适合这个多点接入网络）
广播方式：
[R1-HUB-Tunnel0/0/0]ospf network-type broadcast
[R2-Spoke1-Tunnel0/0/0]ospf dr-priority 0
[R2-Spoke1-Tunnel0/0/0]ospf network-type broadcast
[R3-Spoke2-Tunnel0/0/0]ospf dr-priority 0
[R3-Spoke2-Tunnel0/0/0]ospf network-type broadcast

[R1-HUB]dis ospf peer brief //分支仅仅和总部有邻居关系，分支间是不存在路由协议的邻居关系

     OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
              Peer Statistic Information

---

Area Id Interface Neighbor id State
0.0.0.0 Tunnel0/0/0 2.2.2.2 Full
0.0.0.0 Tunnel0/0/0 3.3.3.3 Full

[R1-HUB]dis ospf int tun 0/0/0

     OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
             Interfaces 

Interface: 172.16.1.1 (Tunnel0/0/0)
Cost: 1562 State: DR Type: Broadcast MTU: 1500
Priority: 1
Designated Router: 172.16.1.1
Backup Designated Router: 0.0.0.0
Timers: Hello 10 , Dead 40 , Poll 120 , Retransmit 5 , Transmit Delay 1
[R2-Spoke1]dis ip rou pro ospf
Route Flags: R - relay, D - download to fib

Public routing table : OSPF
Destinations : 2 Routes : 2

OSPF routing table status :
Destinations : 2 Routes : 2

Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface

   10.1.1.1/32  OSPF    10   1562        D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0
   10.1.1.3/32  OSPF    10   1562        D   172.16.1.3      Tunnel0/0/0 //这是OSPF广播类型的特点，问题在于必须存在到172.16.1.3的NHRP映射，NHRP可以完成动态映射的，参考下面表象

[R2-Spoke1]dis nhrp peer all```

---

Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag

---

1 32 202.10.1.1 172.16.1.1 static hub

---

Tunnel interface: Tunnel0/0/0
Created time : 00:21:37
Expire time : --

---

Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag

---

1.3 32 202.100.1.2 172.16.1.3 dynamic route tunnel

DS虚拟私有环境下实施RIP案例
rip 1
version 2
network 172.16.0.0
network 10.0.0.0
[R1-HUB-rip-1]dis rip 1 neighbor

IP Address Interface Type Last-Heard-Time

172.16.1.2 Tunnel0/0/0 RIP 0:0:17
Number of RIP routes : 1
172.16.1.3 Tunnel0/0/0 RIP 0:0:15
Number of RIP routes : 1

[R1-HUB-rip-1]dis ip rou protocol rip //总部完整无缺
Route Flags: R - relay, D - download to fib

---

Public routing table : RIP
Destinations : 2 Routes : 2

RIP routing table status :
Destinations : 2 Routes : 2

Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface

   10.1.1.2/32  RIP     100  1           D   172.16.1.2      Tunnel0/0/0
   10.1.1.3/32  RIP     100  1           D   172.16.1.3      Tunnel0/0/0

[R3-Spoke2-rip-1]dis ip rou pro rip //分支机构之间不能学习到路由表
Route Flags: R - relay, D - download to fib

Public routing table : RIP
Destinations : 1 Routes : 1

RIP routing table status :
Destinations : 1 Routes : 1

Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface

   10.1.1.1/32  RIP     100  1           D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0

RIP routing table status :
Destinations : 0 Routes : 0
[R2-Spoke1-rip-1]dis ip rou pro rip
Route Flags: R - relay, D - download to fib

Public routing table : RIP
Destinations : 1 Routes : 1

RIP routing table status :
Destinations : 1 Routes : 1

Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface

   10.1.1.1/32  RIP     100  1           D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0

解决方案：
关闭HUB的隧道的RIP的水平分割
[R1-HUB-Tunnel0/0/0]undo rip split-horizon

[R2-Spoke1]dis ip routing-table protocol rip
Route Flags: R - relay, D - download to fib
-----------------------------------------------------------------------------
Public routing table : RIP
Destinations : 2        Routes : 2        

RIP routing table status : 
         Destinations : 2        Routes : 2

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

       10.0.0.0/8   RIP     100  1           D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0
     172.16.0.0/16  RIP     100  1           D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0
# 4.1 采用SHORTCUT方式实施大型的DS×××
在shortcut场景中，源分支到目的分支子网的路由下一跳为总部的Tunnel地址。通过部署分支只保存到总部的汇聚路由，实现所有访问目的分支的流量全部指向总部Hub，有以下路由部署方案:
分支间配置静态路由
在源分支配置静态路由，使得到目的分支子网网段的路由下一跳为总部Hub的Tunnel地址。
分支动态学习到总部的路由
DS×××支持RIP、OSPF和BGP路由协议。总部配置路由聚合，分支通过配置动态路由协议，只保存到总部的汇聚路由，所有访问目的分支的流量全部指向总部Hub。在使用不同的路由协议时，需要在总部Hub和分支Spoke分别进行相应的配置。
使用分支只保存到总部的汇聚路由方案，分支的默认流量出口对应总部Hub。分支间不相互学习路由，总部对分支路由汇聚后进行通告；NHRP地址解析请求经总部转发至目的分支，由目的分支进行解析和响应。
改进主要有2点：1 NHRP解析 2 路由可以实施汇总
最适合NBMA的OSPF网络类型是P2MP
ospf network-type p2mp 
[R2-Spoke1]dis ip routing-table protocol ospf
Route Flags: R - relay, D - download to fib
-----------------------------------------------------------------------------
Public routing table : OSPF
         Destinations : 4        Routes : 4        

OSPF routing table status : 
         Destinations : 4        Routes : 4

Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface

       10.1.1.1/32  OSPF    10   1562        D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0
       10.1.1.3/32  OSPF    10   3124        D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0 //分支到其他分支路由的下一跳是总部
     172.16.1.1/32  OSPF    10   1562        D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0
     172.16.1.3/32  OSPF    10   3124        D   172.16.1.1      Tunnel0/0/0 
[R1-HUB-Tunnel0/0/0]nhrp redirect
[R2-Spoke1-Tunnel0/0/0]nhrp shortcut 
[R3-Spoke2-Tunnel0/0/0]nhrp shortcut 
[R3-Spoke2]dis nhrp peer all

----------------------------------------------------------------------------- 
Protocol-addr   Mask  NBMA-addr       NextHop-addr    Type         Flag         
----------------------------------------------------------------------------- 
1.2        32    202.100.1.1     172.16.1.2      dynamic      route network //去往目标地址直接映射到NBMA地址
------------------------------------------------------------------------------ 
## 4.5 组件4.IPSEC保护隧道
不需要指定remote peer,另外一点：策略汇总采用IPSEC profile（模版）

三台设备配置相同
ipsec proposal QYT
#
ike proposal 1
#
ike peer DS××× v1
pre-shared-key simple qytang
ike-proposal 1

ipsec profile DS×××
ike-peer DS×××
proposal QYT
interface Tunnel0/0/0
ip address 172.16.1.2 255.255.255.0
ipsec profile DS××× //接口调用策略

ping 3.3.3.3
  PING 3.3.3.3: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=1 ttl=255 time=60 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=2 ttl=255 time=40 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=3 ttl=255 time=60 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=4 ttl=255 time=50 ms
    Reply from 3.3.3.3: bytes=56 Sequence=5 ttl=255 time=70 ms

  --- 3.3.3.3 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    5 packet(s) received
    0.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 40/56/70 ms

**ping 10.1.1.1 //数据可以正常通过加密处理**
  PING 10.1.1.1: 56  data bytes, press CTRL_C to break
    Reply from 10.1.1.1: bytes=56 Sequence=1 ttl=255 time=70 ms
    Reply from 10.1.1.1: bytes=56 Sequence=2 ttl=255 time=140 ms
    Reply from 10.1.1.1: bytes=56 Sequence=3 ttl=255 time=50 ms
    Reply from 10.1.1.1: bytes=56 Sequence=4 ttl=255 time=300 ms
    Reply from 10.1.1.1: bytes=56 Sequence=5 ttl=255 time=50 ms

  --- 10.1.1.1 ping statistics ---
    5 packet(s) transmitted
    5 packet(s) received
    0.00% packet loss
    round-trip min/avg/max = 50/122/300 ms
        HCNP
dis ipsec sa brief 

Number of SAs:4
    Src address     Dst address        SPI    ×××  Protocol     Algorithm
-------------------------------------------------------------------------------
    202.100.1.1      202.10.1.1 3838815387      0    ESP   E:DES A:MD5-96
    202.100.1.2      202.10.1.1 2091020973      0    ESP   E:DES A:MD5-96
     202.10.1.1     202.100.1.1 2870251216      0    ESP   E:DES A:MD5-96
     202.10.1.1     202.100.1.2 1159615265      0    ESP   E:DES A:MD5-96

dis ike sa 
    Conn-ID  Peer            ×××   Flag(s)                Phase  
  ---------------------------------------------------------------
        4    202.100.1.2     0     RD                     2     
        3    202.100.1.2     0     RD                     1     
        2    202.100.1.1     0     RD                     2     
        1    202.100.1.1     0     RD                     1     
乾颐堂安德HCIEv3.0 作业：完成shortcut方式的DS×××

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