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時間 2020-01-05

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LISP協議
LISP協議，即Locator/ID Separation Protocol，位置身份分離協議。它將傳統的地址分拆爲代表位置的RLOCs（Routing Locators,路由標識符）和代表身份的EIDs（Endpoint Identifiers,節點標識符），也就是位置和身份分離機制。
傳統園區網的拓撲基於地址和路由，地址就是拓撲或者位置，它基於vlan和子網，或者說一個地址既表明了一個設備的位置，又表明了該設備的身份。如圖12-1所示，位於園區網站點1的10.1.0.1基於vlan，即子網代表了位置和身份，20.1.0.5也如此。

圖12-1 傳統網絡中IP地址集身份和位置於一體
咱們再來認識一下圖12-2中實施完畢LISP協議以後的拓撲圖，讀者能夠看到在站點1和站點2中同時可能同時存在10.1.0.1的設備，可是它們卻具備不一樣的RLOC，這說明其身份沒有變化，可是卻有很好的移動，這徹底符合現代虛擬化的需求。好吧，讀者還不知道什麼是RLOC，不要緊，後邊咱們一一做出解釋，但讀者對比12-1至少會發現站點1用1.1.1.1標識，沒錯1.1.1.1就表明RLOC。正如前文描述，LISP分離標識符和身份符，在圖12-2中，左邊站點1.1.1.1表明了位置符，而10.1.0.1表明了身份符，讀者以爲右邊哪些表明身份符，哪些表明位置符呢？

圖12-2 LISP協議中身份和位置分離-設備10.1.0.1能夠方便的移動數據庫

12.1 什麼是LISP協議

在LISP網絡中，不一樣於傳統網絡架構，它的路由基於RLOC，地址主機基於EID，映射EID到RLOC。表12-1解釋了LISP協議中一系列的名稱和術語
簡寫名稱簡要做用
ITR Ingress Tunnel Router，入向隧道路由器從面向站點接口收到報文
ETR Egress Tunnel Router，出向隧道路由器從面向核心的接口收到報文
MR map resolver 映射解析器從ITR出收到映射請求
MS map server 映射服務器 LISP站點的ETR在MS註冊它們的EID前綴
EID endpoint ID 終點身份符通訊終端，現今網絡的主機
RLOC Routing Locator路由位置符 LISP路由器的地址
表12-1 LISP術語解釋
對於LISP的這些術語，讀者能夠參看圖12-3，LISP站點內的設備即EID須要和其餘站點的EID通訊，會把數據包發送到xTR設備（流量是雙向的，因此該設備是ITR或者ETR），在ITR或者ETR設備上進行LISP的封裝或者解封裝，沒錯，是封裝，就是咱們認識的傳統的基於UDP的封裝，EID的IP被封裝到了內層，而RLOC的地址被封裝到了外層，因此只要RLOC地址的能夠經過路由查找找到其餘EID的RLOC便可，但問題在於咱們的最終目的地是其餘的EID，而不是RLOC，因此此時還有一個重要的設備，即MS/MR，映射服務器/映射解析器，不少時候它們兩個角色處於同1個設備，它的做用就如圖中右上角綠色和紅色地址的映射。在圖12-3中還存在非LISP站點，固然LISP站點照樣能夠和他們進行通訊，在該場景下存在PxTR,即代理xTR設備。

圖12-3 LISP總體示意圖
咱們來了解一下LISP系統中的映射系統，該功能很是相似於DNS（域名解析）系統，DNS爲URL解析IP地址，它解決了「誰是」的問題，入圖12-4中DNS服務器解析了lisp.cisco.com的地址是153.16.5.29.
LISP把身份標識符解析爲位置，即回答了在哪裏的問題，如圖12-4所示，LISP路由器請求153.16.5.29在哪裏，LISP映射系統解析：地址符位於128.107.81.169。
緩存

圖12-4 LISP映射系統和DNS系統的相似功能
映射系統是LISP協議的控制設備。整個LISP的映射系統（MS）分爲映射服務器（MS）和映射解析器（MR）。
映射解析器MR：從ITR出收到映射請求，轉發映射請求到映射系統MS；對非LISP站點的請求不發送映射回應。
映射服務器MS：LISP站點的ETR在MS註冊它們的EID前綴，請求配置LISP站點策略和認證；經過映射系統收到映射請求，會把它轉發到已經註冊的ETR。圖12-5爲MR/MS的示意圖，注意此時數據流量的方向爲192.168.1.0/24到192.168.2.0/24安全

圖12-5 映射系統示意圖
LISP協議的數據轉發設備爲ITR和ETR，ITR，從面向站點接口收到報文，會把這些報文封裝轉發到遠程的LISP站點或者發送原始報文轉發到非LISP站點。ETR，從面向核心的接口收到報文，解封裝發送到位於LISP站點的EID。如圖12-6所示，從LISP站點1的EID 192.168.1.0/24網絡到LISP站點2的192.168.2.0/24網絡的數據到達xTR-1，xTR-1封裝數據包，外層IP報文的目標地址爲遠端ETR即，xTR-3；數據到達xTR-3以後，會解封裝，此時內層報文的目標地址爲原始的192.68.2.0/24網絡，故而會到達最終的EID。

圖12-6 LISP中的報文轉發
在剛纔的描述中，咱們提到了LISP的封裝，那麼咱們來看一下LISP的封裝報文，在RPF6830中，定義了LISP的報頭格式，如圖12-7所示，外層報頭的源目地址爲RLOC的地址，而內層地址爲EID的地址。中間部分爲UDP頭部和LISP的頭部。

圖12-7 LISP報文結構
LISP不只僅支持IPv4還能夠支持多種封裝的報文轉發，諸如IPv4上的IPv4，IPv4上的IPv6，IPv6上的IPv6,以及IPv6上的IPv4等。圖12-8描述了IPv6 over IPv4的轉發過程，讀者能夠看到原始的報文爲IPv6地址，在到達RLOC 1.1.1.1以後被LISP封裝了頭部以及外層IPv4的RLOC地址1.1.1.1到2.1.1.1，該報文到達2.1.1.1.以後解封裝爲IPv6報文轉發到最終的EID 2001:10:2:0::1.

圖12-8 IPv6 over IPv4的LISP轉發過程
一個EID可能對應多個RLOCs。每一條EID與不一樣RLOCs的對應關係都帶有優先級（Priority）和權重（Weight）兩個屬性。優先級代表ITR應該優先使用哪一個RLOCs，權重說明了怎樣在多個目的EID相同的RLOCs之間分配流量。若是一個EID對應每一個RLOCs的優先級和權重值都同樣，那麼流量將在通往全部RLOCs的鏈路上被均勻分配。服務器

12.2 LISP實現

圖12-9 LISP協議實現拓撲
咱們在圖12-9實現LISP協議，其中EID設備爲10.1.0.1和10.2.0.1，R3和R6爲xTR，R4爲映射系統。網絡

12.2.1 完成路由層面的基礎工做

xTR設備之間以及同MS之間須要通訊，那麼路由是必須的，咱們在本例中採用Eigrp協議，EID同其餘站點的EID通訊，那麼能夠經過默認路由指向xTR設備便可架構

R三、R4和R6的基礎路由配置：
R3-SITE1(config)#router eigrp 90
R3-SITE1(config-router)# network 33.0.0.0
R3-SITE1(config-router)# network 34.1.1.3 0.0.0.0
!
R4-MS(config)#router eigrp 90
R4-MS(config-router)# network 0.0.0.0
!
R6-SITE2(config)#router eigrp 90
R6-SITE2(config-router)# network 46.1.1.6 0.0.0.0
R6-SITE2(config-router)# network 66.1.1.1 0.0.0.0
R6-SITE2(config-router)#
驗證基礎的Eigrp鄰居和經過Eigrp獲得的路由
R4-MS#show ip eigrp neighbors 
EIGRP-IPv4 Neighbors for AS(90)
H   Address                 Interface              Hold Uptime   SRTT   RTO  Q  Seq
                                                   (sec)         (ms)       Cnt Num
1   46.1.1.6                Et0/3                    14 00:18:07   10   100  0  4
0   34.1.1.3                Et1/1                    11 00:18:07    5   100  0  4
R6-SITE2#show ip route eigrp 
Codes: L - local, C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP
       D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area 
       N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
       E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
       i - IS-IS, su - IS-IS summary, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2
       ia - IS-IS inter area, * - candidate default, U - per-user static route
       o - ODR, P - periodic downloaded static route, H - NHRP, l - LISP
       a - application route
       + - replicated route, % - next hop override

Gateway of last resort is not set

      33.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
D        33.1.1.1 [90/435200] via 46.1.1.4, 00:17:38, Ethernet0/2
      34.0.0.0/24 is subnetted, 1 subnets
D        34.1.1.0 [90/307200] via 46.1.1.4, 00:17:41, Ethernet0/2
      44.0.0.0/32 is subnetted, 1 subnets
D        44.1.1.1 [90/409600] via 46.1.1.4, 00:17:38, Ethernet0/2
R6-SITE2#ping 34.1.1.3 //驗證數據報文的發送，RLOC之間能夠通訊
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 34.1.1.3, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 4/4/5 ms
R6-SITE2#ping 44.1.1.1 //驗證數據報文的發送，RLOC能夠和MS通訊
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 44.1.1.1, timeout is 2 seconds:
!!!!!
Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 1/1/1 ms
接下來咱們須要完成EID的路由實施
RP/0/0/CPU0:XR1-EID#sh run router static 
Wed Nov 23 12:54:56.583 UTC
router static
 address-family ipv4 unicast
  0.0.0.0/0 10.1.0.254
 !
R5：
R5-EID(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.2.0.254
R5-EID(config)#

讀者配置完畢，EID之間並不能通訊，由於此時xTR上並無路由到達EID。只有在完成LISP以後才能夠通訊
12.2.2 實施LISP協議
咱們的配置對象主要涉及R三、R4和R6，各個設備的角色已經在圖12-9中代表。app

R3-SITE1(config)#router lisp //啓動LISP協議
R3-SITE1(config-router-lisp)# eid-table default instance-id 0 //設置EID表默認的實例ID爲0，在沒有實施VRF的狀況下，實施0便可
R3-SITE1(config-router-lisp-eid-table)# database-mapping 10.1.0.0/24 34.1.1.3 priority 1 weight 100 //設置EID和RLOC的映射關係，優先級值越小則該RLOC的優先級越高，該值的範圍是0到255，該值爲255時代表不能單播轉發，若是存在多個RLOC，且優先級相同則負載均衡。權重值取值範圍爲0到100，該值表明了RLOC如何實現單播報文的負載比例。    
R3-SITE1(config-router-lisp-eid-table)#  exit
R3-SITE1(config-router-lisp)# !
R3-SITE1(config-router-lisp)# ipv4 itr map-resolver 44.1.1.1 //配置ITR的映射解析器爲44.1.1.1
R3-SITE1(config-router-lisp)# ipv4 itr //本設備爲ITR設備
R3-SITE1(config-router-lisp)# ipv4 etr map-server 44.1.1.1 key ender //配置ETR的映射服務器爲44.1.1.1，認證密碼爲ender
R3-SITE1(config-router-lisp)# ipv4 etr //本設備爲ETR設備
R3-SITE1(config-router-lisp)#
！
R6-SITE2(config)#router lisp
R6-SITE2(config-router-lisp)# eid-table default instance-id 0
R6-SITE2(config-router-lisp-eid-table)# database-mapping 10.2.0.0/24 46.1.1.6 priority 1 weight 100       
R6-SITE2(config-router-lisp-eid-table)#  exit
R6-SITE2(config-router-lisp)# !
R6-SITE2(config-router-lisp)# ipv4 itr map-resolver 44.1.1.1
R6-SITE2(config-router-lisp)# ipv4 itr
R6-SITE2(config-router-lisp)# ipv4 etr map-server 44.1.1.1 key ender
R6-SITE2(config-router-lisp)# ipv4 etr
!
配置映射系統：
R4-MS(config)#router lisp
R4-MS(config-router-lisp)# site SITE1 //設置站點，命名爲SITE1
R4-MS(config-router-lisp-site)#  authentication-key ender //設置認證的密碼
R4-MS(config-router-lisp-site)#  eid-prefix 10.1.0.0/24 //設置該站點的EID前綴
R4-MS(config-router-lisp-site)#  exit
R4-MS(config-router-lisp)# !
R4-MS(config-router-lisp)# site SITE2
R4-MS(config-router-lisp-site)#  authentication-key ender
R4-MS(config-router-lisp-site)#  eid-prefix 10.2.0.0/24
R4-MS(config-router-lisp-site)#  exit
R4-MS(config-router-lisp)# !
R4-MS(config-router-lisp)# ipv4 map-server //該設備爲映射服務器
R4-MS(config-router-lisp)# ipv4 map-resolver //該設備爲映射解析器
R4-MS(config-router-lisp)
驗證LISP的實施和狀態
R3-SITE1#show ip lisp 0 
  Instance ID:                      0 //配置的LISP 實例
  Router-lisp ID:                   0
  Locator table:                    default
  EID table:                        default
  Ingress Tunnel Router (ITR):      enabled //該設備爲ITR
  Egress Tunnel Router (ETR):       enabled //該設備爲ETR
  Proxy-ITR Router (PITR):          disabled
  Proxy-ETR Router (PETR):          disabled
  NAT-traversal Router (NAT-RTR):   disabled
  Mobility First-Hop Router:        disabled
  Map Server (MS):                  disabled
  Map Resolver (MR):                disabled
  Delegated Database Tree (DDT):    disabled
  Map-Request source:               3.3.3.3 
  ITR Map-Resolver(s):              44.1.1.1 //映射解析器爲44.1.1.1
  ETR Map-Server(s):                44.1.1.1 (00:00:48) //映射解析器爲44.1.1.1
  xTR-ID:                           0x679FC9FE-0x397B5F24-0x575124BC-0xC3844226
  site-ID:                          unspecified
  ITR Solicit Map Request (SMR):    accept and process
    Max SMRs per map-cache entry:   8 more specifics
    Multiple SMR suppression time:  20 secs
  ETR accept mapping data:          disabled, verify disabled
  ETR map-cache TTL:                1d00h
  Locator Status Algorithms:
    RLOC-probe algorithm:           disabled
    LSB reports:                    process
    IPv4 RLOC minimum mask length:  /0
    IPv6 RLOC minimum mask length:  /0
  Static mappings configured:       0
  Map-cache size/limit:             1/1000
  Imported route count/limit:       0/1000
  Map-cache activity check period:  60 secs
  Total database mapping size:      1
   static database size/limit:      1/5000
   dynamic database size/limit:     0/1000
  Persistent map-cache:             interval 01:00:00
    Earliest next store:            00:08:12
    Location:                       unix:LISP-MapCache-IPv4-00000000-00003
R3-SITE1#show ip lisp database //驗證LISP的數據庫
LISP ETR IPv4 Mapping Database for EID-table default (IID 0), LSBs: 0x1, 1 entries

10.1.0.0/24
  Locator   Pri/Wgt  Source     State
  34.1.1.3    1/100  cfg-addr   site-self, reachable //針對EID10.1.0.0/24的RLOC爲34.1.1.3，狀態爲可達的
R3-SITE1#show ip lisp forwarding eid local //驗證本地轉發EID
Prefix
10.1.0.0/24
R5-EID#ping 10.1.0.1 //此時經過RLOC封裝以後，數據包能夠到達其餘站點的EID 10.1.0.1
Type escape sequence to abort.
Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 10.1.0.1, timeout is 2 seconds:
..!!!
Success rate is 60 percent (3/5), round-trip min/avg/max = 2/2/3 ms
R3-SITE1#show ip lisp map-cache //查看LISP映射緩存信息
LISP IPv4 Mapping Cache for EID-table default (IID 0), 2 entries

0.0.0.0/0, uptime: 01:05:04, expires: never, via static send map-request
  Negative cache entry, action: send-map-request
10.2.0.0/24, uptime: 00:06:46, expires: 23:53:59, via map-reply, complete
  Locator   Uptime    State      Pri/Wgt
  46.1.1.6  00:06:46  up           1/100 //到達遠端的RLOC 46.1.1.6的信息

此時EID之間已經能夠完成通訊。咱們來看一個真實的經過LISP轉發的報文狀況，如圖12-10所示，讀者能夠從中看到UDP報頭，也能夠看到源端口號爲1283，目的端口號爲標準的4341，UDP報文承載了LISP數據（並無看到和標準的LISP同樣的LISP報頭和IP報頭）。負載均衡

在作好實驗以後，咱們能夠考慮一下LISP的擴展性問題。
可擴展性是衡量一個網絡協議的基本指標之一，一個能處理好10個節點通訊的網絡不必定可以應對100個節點之間的數據交互，這其中增長的難度每每不止是將處理能力提升10倍這麼簡單。LISP在計算數據包的目的路由時須要找到EID與RLOCs的對應關係，因爲EID和RLOCs是兩個獨立的地址空間，它們之間可能沒有任何規律，所以EID和RLOCs之間是一個近似Full Mesh（全網狀）的對應關係，一個LISP網絡的邊緣路由器即XTR須要知道對應每個站點EID的RLOCs是多少，纔可以正確地轉發數據包。隨着LISP網絡的擴張，這張對應關係表變得愈來愈長，當收到新的數據包時，每次查找所用的時間也愈來愈長。當網絡規模達到必定程度時，在一個路由器"肚子"裏裝下整張大網的拓撲關係就顯得不太現實了，傳統的動態路由協議如OSPF、IS-IS利用了IP地址空間的層級關係，將一個網段內的地址合併爲一條路由，配合鏈路狀態值，大大縮減了路由器須要瞭解的路由表長度。但在LISP中，EID和RLOCs之間沒有層級關係，傳統的方法再也不起做用，須要新思路來解決新問題。
LISP給出的答案是LISP-ALT（LISP-Alternative-Topology LISP替代拓撲），它是一個架構在基礎網絡上的虛擬拓撲，專門用來找出EID與RLOCs的對應關係。凡是LISP的ITR和ETR都加入到LISP-ALT中，它們之間造成EBGP（External BGP--外部邊界網關）鄰居關係，全部的BGP（Border Gateway Protocol--邊界網關路由協議）信令都經過GRE協議封裝，這些ITR和ETR就利用BGP交換EID的可達信息。換句話說，LISP節點之間運行封裝的BGP協議，在現有網絡上造成一個疊加的網絡，ITR和ETR經過這個疊加的網絡學習EID和RLOCs的對應關係。在傳統的路由協議中沒有地方可供LISP傳遞EID和RLOCs的對應關係，有了LISP-ALT以後，LISP的節點就有了一個專用渠道交換EID的可達信息。
新的IP包頭和LISP-ALT構成了LISP協議的精髓，正是這兩個要素保證了一個IP數據包可以經過一種徹底不一樣的方式被安全送到目的地。當一個ITR收到一個節點發送過來的數據包後，它首先查看本身的緩存內是否有目的節點的EID-RLOCs對應關係，若是這個關係存在，則ITR爲數據包加上外層包頭，寫入找到的RLOCs並轉發出去，對應的ETR收到IP包後，發現目的RLOCs正好是本身，因而去掉外層包頭，將原始數據包送給目的站點。
在LISP網絡內能夠配置一組專門用於路由查詢的路由器。若是ITR在緩存內找不到目的EID與RLOCs的對應關係，則會在外層包頭裏寫入目的站點的EID，而後經過LISP- ALT發送給一個指定的LISP路由器，這個路由器被受權完成EID-RLOCs的對應工做，保存有比較完整的EID-RLOCs信息。當指定的路由器收到這個數據包後，發現外層包頭和內層包頭都是一樣的EID，因而它判斷出這是一個查詢報文，因而，它首先將數據包去除外層包頭並送往目的站點，而後向ITR發送一條應答報文，說明目的EID和RLOCs的對應關係，ITR收到這條報文以後會將這個EID-RLOCs關係緩存下來，接下來收到的IP包就能夠直接發送給對應的ETR了。
經過這樣一個過程，在LISP網絡中只須要設置幾個指定的路由器保存比較完整的EID-RLOCs關係，其餘ITR和ETR只須要保存經常使用的對應關係；若是碰到不認識的EID，只須要向指定的路由器發起查詢便可.ide

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