HCIE-Security Day22：DSPN+NHRP+Mgre：实验(一）配置非shortcut方式DSPN（静态路由）
目录
dspn 是动态智能pn，在hub-spoke组网下，为公网地址动态变化的分支之间建立pn隧道的解决方案。
产生背景&需求驱动
总部与分支之间采用hub-spoke架构，依托公网建立vpn隧道，在加强安全的情况下降低成本，传统的ipsec和gre over ipsec等技术无法实现分支之间直接建立隧道进行通信，只能通过总部进行中转。
存在的问题
总部压力大：分部之间流量比过总部设备，造成cpu及内存等资源紧张
分部体验差：流量路径次优且被不必要的处理（封装解封装），导致网络延时高。
路由更新难：IPSec不支持广播和组播报文传输，从而对动态路由更新产生影响。
根本：分支之间无法直接建立隧道。
此时，DSpn应运而生。
概念
DSPN就是结合了NHRP、mgre和ipsec三种技术来解决这些问题。
NHRP:下一跳解析协议
通过nhrp下一跳地址解析协议。作用是建立和解析隧道地址到公网地址的映射关系，实现动态收集、维护和发布分支节点的公网地址。解决了分支之间互不知道对方公网地址无法建立隧道的问题，实现分支与分支之间的直接通信，减轻总部压力，降低网络延时。
隧道地址和公网地址的映射关系通过nhrp映射表维护，按照生成方式的不同，分为静态表项和动态表项两种。
静态：在spoke上手工配置hub的tunnel地址和公网地址，实现spoke于hub建立静态mgre隧道的目的。
动态：nhrp动态生成。hub通过nhrp注册报文提取各spoke的tunnel地址和公网地址而生成的nhrp映射表，spoke通过nhrp解析报文提取对端spoke的tunnel地址/子网地址和公网地址生成的nhrp映射表。
mgre：多点gre
基于gre的点到多点gre技术，它将传统的gre隧道点到点类型的tunnel接口拓展成了点到多点类型的隧道，通过改变接口类型，hub或者spoke上只需要配置一个tunnel接口便可以与多个对端建立隧道，从而减少了配置gre隧道的工作量。与gre不同，mgre建立隧道时不需要定义隧道目的地址，而是依赖nhrp告诉它。这就是动态隧道。
使一个tunnel接口可以与多个对端建立隧道，实现一对多，减少隧道配置数量，自动维护总部与分支之间的隧道关系，不用调整总部的隧道配置，使得网络维护变得更加智能化。并且隧道可以传输组播和广播协议报文。
mgre隧道接口不支持gre隧道的keepalive检测。
mgre隧道分为动态mgre隧道和静态mgre隧道
静态建立于分支spoke与总部hub之间，静态mgre隧道永久存在
动态建立于各分支spoke之间，动态mgre隧道在一定周期内没有流量转发将自动拆除。
具体实现方式
总部采用静态的公网地址，分支采用isp动态分配的公网地址。分支之间需要通信时，源spoke将通过与hub之间的静态mgre隧道交互nhrp协议获取目的spoke的公网地址，并与目的spoke建立动态mgre隧道，索道建立完成后，spoke与spoke之间的数据报文将通过该动态mgre隧道直接发送给对方，不再经过总部hub中转。
实验：配置非shortcut方式DSPN（静态路由）
需求和拓扑
某中小企业有总部（Hub）和两个分支（Spoke1和Spoke2），分布在不同地域，总部和分支的子网环境较为稳定。分支采用动态地址接入公网。
现在用户希望能够实现分支之间的PN互联。
操作步骤
1、配置接口地址划分安全区域
2、配置安全策略
//f1f2f3
security-policy
rule name 1
source-zone dmz
source-zone trust
destination-zone dmz
destination-zone trust
action permit
rule name 2
source-zone local
source-zone untrust
destination-zone local
destination-zone untrust
service gre
service ospf
action permit
3、配置公网动态路由确保公网路由可达
//f1
ospf 1
area 0.0.0.0
network 1.1.1.10 0.0.0.0
//f2
ospf 1
area 0.0.0.0
network 1.1.2.10 0.0.0.0
//f3
ospf 1
area 0.0.0.0
network 1.1.3.10 0.0.0.0
//r
ospf 1
area 0.0.0.0
network 1.1.1.1 0.0.0.0
network 1.1.2.1 0.0.0.0
network 1.1.3.1 0.0.0.0
r1上 检查ospf配置
<r>dis ospf peer bri
OSPF Process 1 with Router ID 1.1.1.1
Peer Statistic Information
----------------------------------------------------------------------------
Area Id Interface Neighbor id State
0.0.0.0 GigabitEthernet0/0/0 172.16.1.1 Full
0.0.0.0 GigabitEthernet0/0/1 172.16.1.2 Full
0.0.0.0 GigabitEthernet0/0/2 172.16.1.3 Full
--------------------------------------------------------4、 配置私网静态路由
//f1
ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 172.16.1.2
ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 172.16.1.3
//f2
ip route-static 192.168.0.0 255.255.255.0 172.16.1.1
ip route-static 192.168.2.0 255.255.255.0 172.16.1.3
//f3
ip route-static 192.168.0.0 255.255.255.0 172.16.1.1
ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 172.16.1.25、配置tunnel隧道
//f1
interface Tunnel0
ip address 172.16.1.1 255.255.255.0
tunnel-protocol gre p2mp
source GigabitEthernet1/0/1
//f2
interface Tunnel0
ip address 172.16.1.2 255.255.255.0
tunnel-protocol gre p2mp//配置mgre
source GigabitEthernet1/0/1
nhrp entry 172.16.1.1 1.1.1.10 register//手动触发nhrp注册
//f3
interface Tunnel0
ip address 172.16.1.3 255.255.255.0
tunnel-protocol gre p2mp
source GigabitEthernet1/0/1
nhrp entry 172.16.1.1 1.1.1.10 register
验证和分析
1、检查nhrp邻居情况
//f2(spoke)
<f3>dis nhrp peer all
2022-03-05 12:26:25.800
--------------------------------------------------------------------------------
Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag
--------------------------------------------------------------------------------
172.16.1.1 32 1.1.1.10 172.16.1.1 hub up
--------------------------------------------------------------------------------
Tunnel interface: Tunnel0
Created time : 07:10:59
Expire time : --
HostName : f1
HostEsn : 730F0B21A2183F9092AAA453309408E6
--------------------------------------------------------------------------------
刚开始spoke都只有hub的nhrp映射关系，而hub的nhrp是空的，后来spoke发了注册信息后，hub立马有了spoke的nhrp信息。
<f1>dis nhrp peer all
2022-03-05 12:26:17.090
--------------------------------------------------------------------------------
Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag
--------------------------------------------------------------------------------
172.16.1.2 32 1.1.2.10 172.16.1.2 registered up|unique
--------------------------------------------------------------------------------
Tunnel interface: Tunnel0
Created time : 20:04:16
Expire time : 01:40:49
HostName : f2
HostEsn : 8E6A2843C89D3FE8B5B36BAD5F63210D
--------------------------------------------------------------------------------
Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag
--------------------------------------------------------------------------------
172.16.1.3 32 1.1.3.10 172.16.1.3 registered up|unique
--------------------------------------------------------------------------------
Tunnel interface: Tunnel0
Created time : 20:04:14
Expire time : 01:50:17
HostName : f3
HostEsn : 6190E19D04A130F29104906D1F673D33
Number of nhrp peers: 2
但是此时spoke还没有其他spoke的nhrp信息，只有在spoke之间有数据流动后才会触发注册。
2、使用pc3pingpc2
再检查spoke的nhrp
Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag
--------------------------------------------------------------------------------
172.16.1.2 32 1.1.2.10 172.16.1.2 remote up
--------------------------------------------------------------------------------
Tunnel interface: Tunnel0
Created time : 00:18:39
Expire time : 01:41:21
HostName : f2
HostEsn : 8E6A2843C89D3FE8B5B36BAD5F63210D多了一条对方的nhrp表项。
3、检查路由表
<f3>dis ip routing-table protocol static
2022-03-05 12:31:48.560
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Public routing table : Static
Destinations : 2 Routes : 2 Configured Routes : 2
Static routing table status : <Active>
Destinations : 2 Routes : 2
Destination/Mask Proto Pre Cost Flags NextHop Interface
192.168.0.0/24 Static 60 0 RD 172.16.1.1 Tunnel0
192.168.1.0/24 Static 60 0 RD 172.16.1.2 Tunnel0
Static routing table status : <Inactive>
Destinations : 0 Routes : 0
以f3为例，这个静态的路由是我们此前手动配置的，下一跳指向的是对方隧道地址。
实验拓扑已打包，回复dspn1获取。
基本原理
当设备转发一个ip报文时，根据路由表将ip报文传给下一跳的出接口mgre隧道接口，mgre在nhrp映射表种查找获取下一跳地址映射的对端公网地址，然后mgre封装ip报文，加上新的ip头，目的地址就是对端的公网地址，这样ip报文就能发向隧道对端，隧道即可建立。
但是最开始的时候，分支的nhrp表中没有其他分支的隧道地址和公网地址的映射关系，只有一个静态配置的总部的隧道地址和公网地址的映射关系，这时候，分支之间还无法建立隧道，只能先借助总部学习到彼此的路由，生成彼此的nhrp映射关系。分为三个环节。
1、spoke与hub之间建立mgre隧道
一开始，总部hub的nhrp表是空的，分支spoke的nhrp中有手动配置的到hub的静态nhrp表项，这个表项表明了hub的tunnel地址和公网地址的映射关系，分支spoke和总部hub有到彼此的路由，要建立spoke和hub之间的mgre隧道，总部要生成各分支tunnel地址与公网地址的nhrp映射表。
主要通过分支spoke主动向hub进行nhrp注册实现。
目的是打通分支到分支报文转发的通道，使得一端分支的报文可以借助hub转发到另一端分支。
1 spoke向hub注册请求
在spoke上手工配置hub的隧道和公网地址的映射，spoke将周期向hub发送nhrp注册报文，包含spoke的隧道地址和公网地址。周期性的原因是hub的nhrp是动态的会老化，进行保活。
interface Tunnel0
nhrp entry 172.16.1.1 1.1.1.10 register
<f3>dis nhrp peer all
2022-03-05 04:59:52.080
--------------------------------------------------------------------------------
Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag
--------------------------------------------------------------------------------
172.16.1.1 32 1.1.1.10 172.16.1.1 hub up
--------------------------------------------------------------------------------
Tunnel interface: Tunnel0
Created time : 12:38:53
Expire time : --
HostName : f1
HostEsn : 730F0B21A2183F9092AAA453309408E6
2 hub向spoke注册应答
hub从nhrp注册请求报文中提取spoke的tunnel地址和公网地址，并生成nhrp映射表，此时spoke与hub之间的mgre隧道建立成功。
<f1>dis nhrp peer all
2022-03-05 04:57:09.080
--------------------------------------------------------------------------------
Protocol-addr Mask NBMA-addr NextHop-addr Type Flag
--------------------------------------------------------------------------------
172.16.1.3 32 1.1.3.10 172.16.1.3 registered up|unique
--------------------------------------------------------------------------------
Tunnel interface: Tunnel0
Created time : 12:35:06
Expire time : 01:54:54
HostName : f3
HostEsn : 6190E19D04A130F29104906D1F673D33
2、分支间路由学习
目的是生成一端分支到另一端分支的路由。
非shortcut方式：分支间相互学习路由
路由表中：源分支到目的分支子网的路由下一跳为目的分支的tunnel地址。
可以理解为：每个分支要学习到所有对端的路由数据，spoke会消耗大量cpu和内存资源。
适用于：spoke节点少，路由信息量小的中小型网络
使用静态路由配置
ip route-static 192.168.0.0 255.255.255.0 172.16.1.1
ip route-static 192.168.1.0 255.255.255.0 172.16.1.2使用动态路由配置
shortcut方式：分支路由汇聚到总部
路由表中：源分支到目的分支子网的路由下一跳为hub的tunnel地址。
可以理解为：所有访问目的分支的流量全部指向总部hub，分支间不需要相互学习路由，通过总部对分支路由汇聚后进行通告。
适用于：spoke节点多，路由信息量大的大型网络
3、spoke间建立mgre隧道
经过上面两步，分支间已经有了到对端分支的路由，但是还没有对端分支的nhrp映射关系。
非shortcut方式
源spoke可以学习到目的spoke的tunnel地址，因此，源spoke可以直接根据目的spoke的tunnel地址来查找目的spoke的公网地址，生成目的spoke的tunnel地址与公网地址的nhrp表。
nhrp表中：目的spoke的tunnel地址和公网地址建立映射.
shortcut方式
所有Spoke的路由下一跳全部都是Hub的Tunnel地址，源Spoke无法学习到目的Spoke的Tunnel地址。因此，源Spoke只能根据报文的目的地址来查找目的Spoke的公网地址，生成目的Spoke的子网地址与公网地址的NHRP映射表。
nhrp表中：目的spoke的子网地址与公网地址建立映射
具体过程
非shortcut方式
当spoke2的用户首次访问spoke1下的用户，将触发spoke2与spoke1之间建立动态mgre隧道，隧道建立过程
1、spoke2收到其下用户发往spoke1的数据报文后，查路由表找下一跳，得隧道地址，查nhrp没有隧道地址的公网地址，就将数据先发给了hub。同时向hub发送nhrp地址解析请求报文。
2、hub收到数据和nhrp请求后通过mgre隧道将报文转发给spoke2.
3、spoke1收到nhrp请求后，提取spoke2的隧道地址和公网地址并更新到nhrp表，向spoke2发送nhrp响应报文，携带自己的隧道地址和公网地址
（可见nhrp请求源目地址都是隧道地址。 ）
4、spoke2收到nhrp响应后提取隧道和公网地址更新nhrp，spoke2和spoke1之间mgre隧道建立。
5、之后自从spoke2向spoke1发送的私网数据直接经过spoke2和spoke1之间的mgre隧道发送。
受益
1、降低成本：分支不用购买静态公网地址
2、简化配置：多个点对点gre隧道的配置量缩减为一个mgre隧道的配置，后期维护也简单。新增分支时，只需在分支配置，分支自动向总部注册。
3、增加体验：分部之间通信时延降低，提升转发性能和效率。
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