了解Catalyst 9000交换机上的REP

简介

本文档介绍如何在Catalyst 9000交换机上配置和验证弹性以太网协议(REP)。

先决条件

要求

Cisco 建议您了解以下主题：

• 第2层环路防御

使用的组件

本文档中的信息基于以下软件和硬件版本：

• Catalyst 9200
• Catalyst 9300
• Catalyst 9400
• Catalyst 9500
• Catalyst 9600
• Cisco IOS XE 17.6.5及更高版本 

注意：具有Stackwise虚拟(SVL)的交换机不支持REP

本文档中的信息都是基于特定实验室环境中的设备编写的。本文档中使用的所有设备最初均采用原始（默认）配置。如果您的网络处于活动状态，请确保您了解所有命令的潜在影响。

背景信息

REP是Cisco专有协议，旨在防止网络环路并在第2层以太网络中发生链路故障时提供快速收敛。它是生成树协议的替代协议，通常用于需要大型第2层扩展的特定第2层拓扑，如IoT网络、工业网络或制造网络。REP“网段”是通过将配置有相同网段ID的交换机之间的端口链接在一起而形成的。利用REP负载平衡等功能及其与STP共存的能力，REP可用于构建复杂但可预测的第2层拓扑。

术语

REP理论

REP可以通过阻塞网段内单个端口（称为备用端口）上的VLAN来防止交换环路。当REP网段中的所有端口都处于UP状态时，备用端口阻塞以防止环路。当REP网段中的链路发生故障时，或者当交换机出现导致REP协议数据包链路丢失的问题时，备用端口会为其之前阻塞的VLAN进行转发。因此，需要注意的是，REP网段只能处理网段内的单个故障端口。REP网段上出现多个链路故障可能导致流量丢失。

当接口上启用REP时，它会立即阻止所有VLAN。REP LSL接管并开始发送LSL PDU以建立邻接关系。使用三次握手创建邻接关系，后续LSL hello数据包以1秒的间隔发送，以维护REP邻居。

在REP邻居发现期间，设备交换其REP网段ID及其端口ID。

• 网段ID是一个介于1和1024之间的数字，在启用REP时在接口上配置。这将唯一标识REP数据段。
• 端口ID是一个根据系统MAC地址和交换机端口号自动生成的60位字。 
• LSL PDU发送到目的MAC地址为0180.c200.0000

9200-STACK-1#show interface port-channel1 rep detail | i PortID
PortID: 08E978BC1A4FDD80                                         <--- Port ID with system MAC in bold

9200-STACK-1#show version | i MAC
Base Ethernet MAC Address : 78:bc:1a:4f:dd:80                    <-- Switch system MAC

REP端口在关闭或LSL hello超时在5秒后到期后变为失败状态。

REP备用端口选举 

REP替代端口是网段内阻塞VLAN的端口。

• 使用建议和同意机制建立REP邻居后，会立即选举备用端口，以确定网段中的哪个端口保持阻塞。
• 网段中的每个端口都会通告其端口密钥和端口优先级，并等待协议。
• 具有最高优先级的端口被选为备用端口。
• 选举过程通过REP BPA消息进行。

阻止的端口通告

BPA消息包含端口密钥和端口优先级。

• REP端口密钥是一个9字节的标识符，在端口进入阻塞状态时生成（对于启用REP的端口，该标识符会立即进入链路连接状态。）
• 它是端口ID和随机生成的编号的组合。
• 端口优先级也是9字节的标识符。

备用端口选举

1. 在链路打开时，当REP端口处于阻塞状态时，它会向其REP邻居通告其端口密钥和优先级
2. 接收端口将接收的BPA端口优先级与自己的端口优先级进行比较
3.  接收端口以包含在BPA中从邻居端口接收的密钥的ACK消息进行响应。当邻居在BPA中收到自己的密钥时，它知道BPA是来自其邻居的ACK消息
4. 如果ACK包含高于本地端口优先级的端口优先级，则本地端口将变为OPEN状态。它不会以较高的优先级响应邻居，但会将建议从它的另一个REP端口转发到它的另一个REP邻居
5. 另一个REP邻居将收到的端口优先级与自己的优先级进行比较。如果收到的优先级高于本地优先级，它也不会响应并转发建议书。如果本地优先级更高，则使用自己的优先级对原始建议书做出响应

此过程会重复，直到最高优先级的端口处于阻塞模式。此端口将成为网段替代端口。备用端口继续将包含其端口密钥的BPA消息发送到REP网段。网段中的所有REP端口都缓存备用端口的密钥。 

在稳定的REP网段中，所有端口在备用端口上一致通过具有备用端口密钥的相同副本来完成。在链路故障情况下，维护备用端口的端口密钥ID的每台交换机都会变得相关。

终端端口通告

EPA消息由边缘端口每4秒生成一次。这些消息由网段中的每个REP接口转发，并且每个端口将自己的拓扑信息添加到消息中。

一旦边缘端口收到网段内另一个边缘端口生成的EPA，则整个网段的拓扑将完整。

EPA允许每个边缘端口相互查看并促进主边缘端口的选举。优先级最高的边缘端口成为主边缘端口。

REP链路故障通知

当链路在REP网段中发生故障时，它将进入“故障”状态，并发送包含备用端口的缓存密钥的链路故障通知。发送交换机还刷新其仍处于运行状态的REP链路的MAC地址。

REP邻居交换机收到链路故障通知并将其转发到网段上的任何REP邻居，并刷新REP网段中端口的MAC地址条目。如果收到链路故障通知的交换机包含网段上的备用端口，则会将该端口移至OPEN状态。

链路故障通知有两种分发方式：

1. 通过将BPA消息发送到思科组播地址0100.0ccc.ccce的REP快速通知
2. 通过在REP BPDU帧中发送BPA消息来发送REP可靠通知（类似于REP LSL帧）。

REP链路故障通知的行为与STP TCN类似，因为它们被传送到CPU并在REP端口上触发MAC刷新。通过在面向STP网段的REP端口上进行额外配置，可以将REP链路故障通知转换为STP TCN，以通知STP域由于REP链路故障而刷新MAC。

REP首选端口和VLAN负载均衡

配置VLAN负载均衡时，REP主边缘端口是启动负载均衡的端口。REP首选端口是首选成为备用端口的端口。

主边缘端口在负载均衡场景中相关，因为负载均衡通过其他配置从主边缘端口发起。

通过配置首选端口应阻塞的VLAN来实现负载均衡。

• 其余VLAN在主边缘端口上被阻塞。
• 当VLAN负载均衡已配置且处于活动状态时，有2个备用端口。

配置负载均衡后，除非从主边缘端口触发链路故障或手动抢占，否则负载均衡不会生效。

配置

网络图

配置

所有端口都必须配置为具有匹配REP网段ID的中继端口。边缘交换机需要edge参数。

9200-STACK-1#show running-config interface port-channel 1
Building configuration...
Current configuration : 100 bytes
!
interface Port-channel1
 switchport mode trunk        <-- Must be a trunk 
 load-interval 30
 rep segment 1 edge           <-- configure edge port in REP segment 1
end

不是边缘端口的REP端口不需要edge关键字。

9300-STACK-2#show running-config interface port-channel 1
Building configuration...

Current configuration : 69 bytes
!
interface Port-channel1
 switchport mode trunk
 rep segment 1                <-- non-edge REP port configuration
end

验证

配置完所有网段端口后，该网段即已完成，不应存在故障端口。

确认REP拓扑。

9200-STACK-1#show rep topology 
REP Segment 1
BridgeName                       PortName   Edge Role
-------------------------------- ---------- ---- ----
9200-STACK-1                     Po1        Pri  Open     <-- primary edge port 
9300-STACK-1                     Po1             Alt      <-- alternate port that is blocking VLANs
9300-STACK-1                     Po4             Open
9300-STACK-3                     Po4             Open
9300-STACK-3                     Po3             Open     <-- port is OPEN and forwarding all VLANs
9300-STACK-2                     Po3             Open
9300-STACK-2                     Po1             Open
9200-STACK-1                     Po2        Sec  Open     <-- secondary edge port

确认接口上的REP状态。

9200-STACK-1#show interface port-channel 1 rep                            <-- check REP status for the port
Interface                    Seg-id Type           LinkOp      Role
---------------------------- ------ -------------- ----------- ----
Port-channel1                1      Primary Edge    TWO_WAY     Open      <-- Edge port is not blocking any VLANs

Detail输出进一步提供了端口的REP状态信息

9200-STACK-1#show interfaces port-channel1 rep detail
Port-channel1   REP enabled
Segment-id: 1 (Primary Edge)
PortID: 08E978BC1A4FDD80             <-- port ID made from system MAC + random number
Preferred flag: No
Operational Link Status: TWO_WAY
Current Key: 0BE934ED1B4798003405    <-- cached key of the segment Alternate port
Port Role: Open
Blocked VLAN: 
Admin-vlan: 1                        <-- REP admin vlan
Preempt Delay Timer: disabled
LSL Ageout Timer: 5000 ms            <-- default link status adjacency hold down timer       
LSL Ageout Retries: 5
Configured Load-balancing Block Port: none    <-- no load balancing configured on the port
Configured Load-balancing Block VLAN: none
STCN Propagate to: none                       <-- sending TCNs into STP domain is disabled
LSL PDU rx: 924743, tx: 612406
HFL PDU rx: 1, tx: 1
BPA TLV rx: 611945, tx: 2
BPA (STCN, LSL) TLV rx: 0, tx: 0
BPA (STCN, HFL) TLV rx: 0, tx: 0
EPA-ELECTION TLV rx: 13, tx: 11
EPA-COMMAND TLV rx: 0, tx: 0
EPA-INFO TLV rx: 152998, tx: 152999

命令汇总

show rep topology
show rep topology detail
show rep topology segment <Id>
show rep topology segment <Id> detail
show rep topology archive
show rep topology archive detail
show interfaces gig<X/X> rep
show interfaces gig<X/X> rep detail 

故障排除

输入队列楔形

在某些代码版本中，REP HSL数据包可以楔入接口的输入队列。

• 如果HSL数据包填充输入队列，并且无法处理LSL融合数据包，则可能会影响REP融合
• 这是由Cisco Bug ID CSCwc引起的52868
• 输入队列处理ALL协议的处理。队列变得“满”后，会耗尽合法的网络控制流量，无法手动清空。 

队列楔形的症状

• CDP、IGMP等协议停止工作（在CDP中可能会丢失邻居、IGMP组播编程问题等）。
• 具体症状因到达接口需要处理的功能和协议而异。 
• 接口输入队列用于到达要排队并传送到CPU进行处理接口的数据包
• 当某个数据包无法出列并最终达到输入队列限制时，输入队列将被楔入
• 一旦达到接口输入队列限制，便无法存储其他数据包，而是将其丢弃。 

验证队列楔形 

通过REP管理VLAN的REP硬件泛洪层数据包导致L2端口上的输入队列被楔形。

C9300#show interface gi1/0/48    
GigabitEthernet1/0/48 is up, line protocol is up (connected) 
  Hardware is Gigabit Ethernet, address is 7486.0b0c.e0b0 (bia 7486.0b0c.e0b0)
  Description: PORT
  MTU 1500 bytes, BW 1000000 Kbit/sec, DLY 10 usec, 
     reliability 255/255, txload 1/255, rxload 1/255
  Encapsulation ARPA, loopback not set
  Keepalive set (10 sec)
  Full-duplex, 1000Mb/s, media type is 10/100/1000BaseTX
  input flow-control is on, output flow-control is unsupported 
  ARP type: ARPA, ARP Timeout 04:00:00
  Last input 01:14:45, output 00:00:00, output hang never
  Last clearing of "show interface" counters never
  Input queue: 2438/2000/16/0 (size/max/drops/flushes); Total output drops: 0     <-- 2438 frames in the input queue who's limit is 2000
<...snip...>

C9300#show buffers input-interface gi1/0/48 packet
Tracekey : 1#09f7811786f1de5ddfa0f5542a69f593

Buffer information for Middle buffer at 0x7F81FE8E9000
  data_area 0x7F820F78F004, refcount 1, next 0x0, flags 0x210
  linktype 189 (LINK_REP), enctype 3 (SNAP), encsize 22, rxtype 88
  if_input 0x7F820E71DB50 (GigabitEthernet1/0/48), if_output 0x0 (None)
  inputtime 3d14h (elapsed 03:11:48.761)
  outputtime 00:00:00.000 (elapsed never), oqnumber 65535
  datagramstart 0x7F820F78F072, datagramsize 565, maximum size 804
  mac_start 0x7F820F78F072, addr_start 0x7F820F78F072, info_start 0x7F820F78F080
  network_start 0x7F820F78F088, transport_start 0x0, caller_pc :55FBF3ED3000+37680AC

  7F820F78F072: 01000CCC CCCEA0F8 ...LLN x           <--- HFL destination MAC is in the queue

修复队列楔形

• 重新启动设备(不重新加载就无法清除输入队列。Shut / no shut of interface does not clear these buffers)
• 升级到不受此问题影响的代码版本 
• 调整输入队列大小(在您确定不再有任何HSL帧将到达的情况下，您可以尝试增加输入队列大小。请记住，问题可能会在下一次HSL泛洪发生时再次出现)。

在此状态下，出现一些REP系统日志。这些日志将在下一节中调用 

注意：请记住，这是一个指示邻居之间LSL丢失的通用日志，可能由于其他原因而丢失。因此，确定此特定问题很有用，但不仅限于此问题

REP日志消息

相关信息 

• 第2层配置指南，Cisco IOS XE Bengaluru 17.6.x（Catalyst 9500交换机）
• Cisco Bug ID CSCwc52868