地址池管理器简介

地址池管理器的好处

• 效率 — 提高地址利用率。APM 集中并自动为网络中的多个 BNG 分配地址。APM 使用实时前缀分配，因此仅当 BNG 需要其他 IP 地址时，它才会预配前缀。

  APM 仅根据 BNG 需要提供数量的前缀。将 APM 全局池划分为前缀组后，APM 会进一步细分前缀以匹配 BNG 的请求。此细分使 APM 能够优化其分配的前缀的大小。

• 简单性 — 避免了手动监控和调配单个 BNG 的开销和复杂性。

• 可部署性—在满足要求的任何硬件上安装和运行。

• 可回收性 — 从使用很少 IP 地址的池中回收未使用的前缀到中央池，并将这些前缀重新分配给需要它们的其他池。

寻址术语

您应该对 IP 寻址、无类域间路由 （CIDR）、可变长度子网掩码 （VLSM） 以及如何将 IP 前缀细分为子网（子网）有很好的了解。在设计寻址策略（不在本文档讨论范围之内）或使用手动地址回收时，您可能会发现查看 IP 子网计算器会很有帮助。您可以在网上找到许多这样的计算器。

我们在本文档中使用以下术语：

• 前缀 — 使用 CIDR 表示法表示的 32 位 IPv4 网络地址和前缀长度;例如，198.51.100.0/24。前缀定义 IP 地址的网络部分。前缀表示子网。

• 前缀长度 — 确定前缀长度和 IP 地址网络部分大小的位数。/24 前缀长度表示地址的网络部分长度为 24 位。其余位（共 32 位）表示网络地址的主机部分。对于前缀长度为 /24 的前缀，主机部分为 8 位：32 – 24 = 8。

• 网络规模 — 根据上下文的不同，此术语有时也可用于表示几种不同的含义，这可能会导致歧义。我们描述前缀长度以及它如何与子网中的主机地址数量对应，如下所示：

  • 更长的前缀（由更长的前缀长度决定）对应于更多的子网，每个子网要分配的主机地址更少。

  • 较短的前缀（由较短的前缀长度决定）对应的子网较少，每个子网要分配的主机地址较多。

• 可用地址是可用但尚未分配给订阅者的 IP 地址。

APM 的工作原理

APM 为网络中的一组 BNG 维护一个集中的 IP 前缀集合。APM CLI 将托管的 BNG 称为实体。本文档一般使用术语 BNG，但在某些情况下，本文档会使用术语 实体。

APM 与 BNG 协调池域的创建。每个池域对应于 BNG 上给定路由实例组合的链接地址池。此外，在 BNG CUPS 控制器上，池域对应于给定订阅者组和路由实例组合的链接地址池。由于池域是动态创建的，因此 BNG 和 APM 都会维护包含实例化池域所需的属性的配置文件或模板。APM 配置文件包含分配、回收阈值和自动回收行为等属性。The BNG.配置文件包含前缀大小和丢弃路由安装行为等属性。

APMi 版本 1（兼容 Junos OS 22.1R1 及更高版本）。您可以通过运行 show apm entity 命令来检查 APMi 版本。

• 阈值和告警
• APM的一般作

图 2：BNG 上的空闲地址

以下步骤解释了APM的一般作：

1. BNG 和 APM 使用 APMi（瞻博网络定义的基于 gRPC 的协议）进行通信。Google RPC （gRPC） 是用于构建可扩展和可互作通信协议的通用框架。初始连接时，BNG 会启动池域同步。池域同步过程同步处于活动状态的池域集。APM 将活动池域列表与 BNG 的池域列表对齐。池域同步后，BNG 将为每个池域运行池同步（发现）。APM 将每个域的池列表与 BNG 的列表对齐。如果 APM 保留了任何其他池（不在 BNG 的域池列表中），则池前缀将释放到分区。如果 APM 缺少池，APM 会尝试分配池。

2. APM 监控 BNG 发送的报警消息。

3. APM 评估告警并对其采取行动。例如，如果 BNG 的地址用完，则 BNG 会向 APM 发送分摊告警。APM 从域的源分区分配请求数量的前缀，并在报警响应中返回它们。BNG 将这些池前缀添加到池域中。

图 1 显示了单个 APM 实例的各种功能组件之间关系的更详细视图。每个管理器块都显示它使用的数据库表。

图 3：APM 的功能组件

每个 APM 实例都包含以下微服务作为应用的功能组件：

• 实体管理器 —编排所管理的 BNG 的池管理活动。这些活动包括处理警报以及分配和回收池前缀。

• 地址管理器 - 将中央地址池组织到分区中，并管理每个分区中配置的根前缀的分配。它将根前缀细分为较小的前缀，并根据 BNG 的配置条件分配前缀。

• 配置管理器 — 与 BNG 连接，用于配置池域及其关联的地址池。配置管理器可确保域和关联的分配池前缀在 APM 和 BNG 之间保持同步。

  APM 调配管理器使用 APMi 与受管 BNG 通信。置备管理器发送 gRPC 消息，以直接置备和取消置备 BNG 上的前缀，以响应 BNG 发起的域告警。

• MGMT 微服务提供基于文本的配置架构和 CLI，以便您可以配置全局前缀池、托管 BNG 及其关联的池域属性。您可以使用 CLI 显示各种功能组件的统计信息和状态。输出提供有关系统负载、效率、利用率以及错误或异常情况的信息。

• 宽带边缘 （BBE） 事件收集和可视化（基于云的集中式实用程序） — 提供了一种捕获跨 APM 微服务生命周期的 APM 日志的方法。该实用程序跨 APM 微服务的实例收集和存储日志。

• 数据库实例 （DB） — 提供对 APM 的每个功能组件使用的数据库表的共享访问。该数据库包括地址表、BNG 表和池域信息表。该数据库为配置信息和作状态提供持久存储。

  APM 使用一个数据库，其中包含有关实体、池域、池、前缀、分配、配置等的状态信息。两个数据库实例（一个主数据库实例和一个备用数据库实例）以热备用模式部署。数据库实例由数据库哨兵服务监视，该服务检测主数据库中的故障。主数据库发生故障后，辅助数据库将承担主数据库的角色，同时还原新的备用数据库。

  注意：

  除主节点外，冗余还需要至少三个工作节点。工作节点必须全部位于不同的物理服务器上。但是，节点可以是物理机，也可以是虚拟机。

CLI 和配置管理

用户界面 （MGMT） 是 Junos OS 管理过程的容器化版本。借助此接口，您可以使用与 Junos OS 相同的 CLI 结构进行配置和监控。MGMT 还提供了一个允许您远程管理 APM 的接口。

APM 执行以下任务：

• 在其他 APM 组件进入其运行时状态之前，将初始 APM 配置从 MGMT 服务加载到数据库中。

• 将命令和配置转换为 APM 微服务可理解的作和参数。

• 记录数据库中的初始配置和后续更改，以实现持久性。它会将任何更改通知 APM 组件。

实体管理器

实体管理器协调影响实体状态的其他功能组件的作。

对于管理的每个 BNG，实体管理器会跟踪以下信息：

• BNG 地址，即托管托管池的 BNG 的传输地址。

• 正在管理的池域的列表。

池域表示 BNG 上的链接地址池。对于每个池域，实体管理器会跟踪以下信息：

• 池域名 - 用户定义的字符串，用于标识 BNG 的托管池。对于该 BNG，每个池域名必须是唯一的。这意味着池域名实际上充当了密钥;它有时称为池域密钥。由实体构造的用户定义字符串。对于 BNG，字符串由与路由实例名称链接的域配置文件名称组成。对于 BNG CUPS 控制器，字符串由与订阅者组名称和路由实例名称链接的域配置文件名称组成。

• APM 使用 -sequence-number 格式pool-domain-name来命名它创建的池。至少sequence-number为 4 位数字;如果该值小于 1,000，则序列号用前导 0 填充。所以 0001、0999、1000 213339 是有效的序列号。例如，如果池域的名称是 test-pd，则 APM 会命名第一个池 test-pd。它将后续池命名为 test-pd-0000、test-pd-0001 等。

• 前缀 - 组成池域的前缀的有序列表。

实体管理器为池域上的各种作（上次发现、上次分配、上次回收等）收集大量易失统计信息。统计信息包括警报计数、池数、其关联的前缀和时间戳。您可以使用 APM show 命令显示这些统计信息，例如 show apm entity。

当配置管理器将分摊警报从 BNG 中继到实体管理器时，实体管理器会从地址管理器请求池域的新前缀。

前缀请求包含以下信息：

• 地址族 - 目前支持 IPv4

• 分配密钥 — 托管 BNG 的 IP 地址和池域

• 请求的前缀长度 - 要从分区分配给池域的前缀的大小。

随后，实体管理器会尝试将分配的前缀预配到 BNG 的地址池中。

当置备管理器通知实体管理器可访问 BNG 时，实体管理器将开始发现和协调管理下的 BNG 池域 （Sync） 的过程。每当可访问性状态发生更改时，预配管理器都会向实体管理器发送可访问性报告。实体管理器请求发现为该 BNG 管理的所有池域。

发现过程使用预配接口查找 BNG 已知的池域和关联池信息。在发现过程结束时，APM 和 BNG 具有相同的池域和分配的池前缀。

如果发现的信息与现有信息不匹配，则 APM 使用池域的分区信息更新其数据库（以匹配 BNG）。如果 APM 在更新期间发现冲突，它会在日志中将冲突标记为警告。

地址管理器

地址管理器使用 VLSM 算法将地址池分区中的根前缀细分为更小的子前缀，直至 max-prefix-len 达到您为每个根前缀配置的值。在分配期间，地址管理器会将适当大小的前缀请求与分区和根前缀进行匹配。APM 从根前缀分配一个空闲的子前缀来满足分配事件。

如果分区中的可用地址百分比低于阈值， free-prefix-utilization 地址管理器将记录警告消息。超过该阈值表示分区有地址用完的危险，因为它分配了太多地址。

配置 APM 时，会将根前缀分配给分区。地址管理器仅从任何域的单个分区中分配前缀。每个分区表示一个分配上下文。地址管理器使用您为域配置的偏差来选择分区，从中细分前缀以分配给域。

向分区添加根前缀时，请确保它符合该分区指定的最小和最大前缀长度限制：

• 该 min-prefix-len值是最短的有效根前缀。

• 该 max-prefix-len值是最长的有效根前缀。

因此， min-prefix-len <= 根前缀长度 <= max-prefix-len。

例如，如果 min-prefix-len 为 20 且 max-prefix-len 为 24，则可以添加前缀长度为 /20、/21、/22、/23 或 /24 的根前缀。

前缀长度越小，子网中可用的单个主机地址就越多。前缀长度越大，子网中可用的单个主机地址就越少。例如：

• 前缀长度 /20 可提供 4,094 个可用的主机地址。

• 前缀长度 /24 提供 254 个可用的主机地址。

• 前缀细分
• 前缀分配
• VLSM
• VLSM 示例

VLSM 示例

图 4 显示了 test-1 分区中根前缀 192.0.2.0/24 的层次结构。您可以看到，前缀长度每增加一个位，子网数就会增加一倍，从 /24 的一个子网到 /27 的八个子网。每增加一个前缀长度位，每个子网的可用地址数就会减半，从 /24 的 254 个地址减半到 /27 的 30 个地址。

注意：

图中的每个前缀块都显示 可用 地址：

可用地址 = 地址总数 - 2

排除的两个地址分别对应最低地址（网络地址）和最高地址（组播地址）。

图 4：VLSM 子网层次结构示例

请考虑此根前缀树的以下方案：

1. 地址管理器收到首选前缀长度为 25 的分配请求。

2. 地址管理器查找包含该地址的 /25 前缀。192.0.2.0/25 匹配并被选中（如果可用）。

如果 192.0.2.0/25 不可用，会发生什么情况？这意味着 192.0.2.0/24 也不可用。地址管理器将查找另一个 /25 前缀。

地址管理器选择 192.0.2.128/25（如果可用）。如果该前缀不可用，则地址管理器会尝试从不同的根前缀分配 /25 前缀。

Provisioning Manager

Provisioning Manager 由管理以下 Provisioning作的工作进程组成：

• 发现 — 在 APM 和 BNG 之间同步池域和关联的池信息。在发现过程结束时，APM 和 BNG 就池域列表和分配的池前缀达成一致。

  APM 行为 — APM 将其池域与 BNG 的列表进行协调，以便 APM 列表与 BNG 的列表匹配。在协调期间删除的域的池前缀会将其关联的池前缀返回到其原始分区。

  每当 APM 与受管 BNG 建立连接（包括连接失败后重新建立的连接）时，Provisioning Manager 都会执行发现。连接断开时，管理员可以更改 BNG 上的配置。如果 APM 在后续发现过程中检测到更改，则会进行相应调整。

• 配置 — 在托管 BNG 上配置和取消配置前缀。地址管理器管理前缀分配的同时，置备管理器与 BNG 通信以置备地址池。

恢复连接后，置备管理器会通知实体管理器 BNG 是可访问的。实体管理器请求置备管理器启动同步过程。

自动回收前缀

您可以启用 APM 以自动处理回收任务。您可以按照语句中的配置entity-match，在分配给实体的 pool-domain-profile IP 中配置自动回收。

启用自动回收后，将执行以下作：

• APM 响应实体发送的域回收警报。回收警报包含要回收的建议池名称。

• APM 通过指示实体在水池上放置一个主动排水管来响应回收警报。当池完全耗尽（池中没有未完成的地址分配）时，实体会发出域池耗尽警报。

• APM 通过指示实体删除池来响应池耗尽警报;APM 将池前缀返回到分配它的分区。

• 将前缀返回到分区后，其他实体就可以使用它来引发域分配警报。

自动回收允许您限制实体上维护的未使用地址数。由于自动回收过程涉及可能影响主动清空的服务，因此您可以将 APM 配置为仅在配置的维护时段内启动自动回收。

释放为实体分配的前缀

如果网络实体发生故障并且无法与 APM 重新连接以允许将任何已分配的池前缀回收到其源分区，您可以使用命令 request apm release entity system-id 。此命令解除分配与网络实体关联的所有池前缀和池域。 request apm release entity system-id 如果实体的 APMi 状态为 reachable。

使用以下步骤从无法访问的实体释放前缀。

1. show apm entity system id使用命令可显示实体的可访问性状态及其池域所持有的池前缀。 输出显示该实体是可访问的，并且已分配 3 个池前缀。
   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> show apm entity id yarmouth pool-domain iroh-default 
   Entity Statistics:
     Entity ID:  yarmouth
     APMi Ver :  1
     Name     :  yarmouth
     Status   :  reachable
     Pool Domain Statistics:
       Pool Domain     :  iroh-default
       Source Partition:  westford
       Free Addresses  :  253
       Pools           :  3
       Thresholds:
           Apportion  :  200
           Reclamation:  457
       Events:
           Last Discovery  :  2023-09-22T12:55:08Z
           Last Allocation :  2023-09-22T12:55:15Z
           Last Reclamation:  -
           Allocations     :  3
           Reclamations    :  0
       Alarms:
           Apportion   :  3
           Reclamation :  0
           Pool-drained:  0                
           Abatement   :  0
       Pool                           Prefix              Total Addrs    Used Addrs
       iroh-default                   192.168.0.0/24      255            255           
       iroh-default-0000              192.168.1.0/24      255            255           
       iroh-default-0001              192.168.2.0/24      255            2             
   

2. 当实体可访问时， request apm release entity system id 命令将失败。

   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> request apm release entity yarmouth 
   Response error: Entity yarmouth is still connected..release request is ignored
   

3. 输入以 show apm entity 查看实体是否无法访问。

   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> sshow apm entity    
   Entity ID                      APMi Ver  Name                          Status    Pool Domains
   yarmouth                       1         yarmouth                      unreachable 1          
   

4. 由于步骤 3 中的实体无法访问，因此可以输入 request apm release entity system-id 命令开始回收。APM 取消预配池，并将地址返回到源分区进行重新分配。将释放步骤 1 中报告的所有池前缀。
   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> request apm release entity yarmouth                     
   Released Prefix    Destination Partition
   192.168.0.0/24     westford                    
   192.168.1.0/24     westford                    
   192.168.2.0/24     westford                    
   

手动回收地址

手动回收为您提供细粒度控制。手动回收需要您密切监控托管 BNG 上的池域和地址池。

1. show apm alarms使用命令显示从 BNG 接收到的所有挂起告警。输出将显示具有reclaim警报状态的池的名称。
   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> show apm alarms 
   Entity        Pool Domain    Alarm                  Info                   Age                
   10.4.4.108    vks009-default reclaim                vks009-default-0005    2:33:15            
   10.2.1.1      alpha-drop     reclaim                alpha-drop-0000        3 days, 15:20:01   
   10.3.23.10    feeder-default apportion              -                      0:0:10
   152.13.5.5    azimuth-ri2    pool-drained           azimuth-ri2-0007       0:0:21
   

   reclaim告警表示池域有多余的地址。该Info字段包含 BNG 建议回收的池的名称。回收警报并不意味着池具有活动的排水装置。如果池上没有排水管，池仍然可以分配地址。

2. 发出 request apm drain 命令开始清空池。
   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> request apm drain entity 10.2.1.1 pool-domain alpha-drop 
   pool alpha-drop-0000

   注意：

   您可以通过发出 request apm activate 命令来移除已启动的排水管。

3. show apm alarms使用命令查看池是否已排空。报警状态显示状态pool-drained。
4. 发出 request apm reclaim 命令开始回收。APM 取消预配池，并将地址返回到源分区进行重新分配。
   content_copy zoom_out_map

   root@jnpr-apm-mgmt> request apm reclaim entity 10.2.1.1 pool-domain pool alpha-drop-0000 
   

选择手动回收时，请谨慎选择要回收的池。以下是选择要回收的池的一些注意事项。

• 清空池时，必须容纳使用池域中其他池中的这些地址的订阅者。其他池（域中）必须有足够的可用地址来吸收这些订阅者。因此，池域中的可用地址数必须大于清空的池中的已用地址数：

  （池域可用地址） –（排空池可用地址） >（排空池使用的地址）

• 当您清空池时，您一定不能让池域立即面临可用地址耗尽的危险。如果域中的可用地址计数低于 apportion 阈值，则会触发 apportion 警报，导致 APM 为池预配更多地址。换句话说，除非以下不等式成立，否则尽量不要在池上启动排水：

  （池域可用地址） - （排空池总地址数） > （分配阈值）

时间 戳

您可以使用命令 show apm entity 监控 APM 的回收作。当您显示路由器或特定池域的统计信息时，命令输出会显示上次发现、上次分配和上次回收事件的时间戳。时间戳采用 ISO-8601 格式，时钟为 24 小时制：

YYYY-MM-DDThh：mm：ssZ

• T 是日期和时间之间的分隔符。

• Z 表示时间在 UTC 时区。如果路由器时间使用不同的时区，则格式会显示与 UTC 的偏移量，以标识时区。

• UTC 以西的时区有一个负偏移量，由 –hh：mm 表示。

• UTC 以东的时区有一个正偏移量，由 +hh：mm 表示。

例如，假设标准时间，以下时间戳都显示相同的时间：

• 2020–03–20T15：10：25Z（伦敦）

• 2020–03–20T10：10：25-05：00（纽约）

• 2020–03–20T16：10：25+01：00（巴黎）

• 2020–03–20T23：10：25+08：00（北京）

APM 置备的 Kubernetes 对象

APM 在启动或推出期间创建以下 Kubernetes 对象。APM 在其整个生命周期中都使用这些对象。这些对象在 apm stop上被移除。

• 命名空间 - 运行 APM 的节点计算机的虚拟群集。所有 APM 对象在 jnpr-apm 中都是隔离的。

• 外部服务 （External-Services） - 在设置时创建对象，以获取集群的负载均衡器（入口控制器）分配的外部 IP 地址。群集外部的外部服务使用这些外部 IP 地址发起与 APM 的通信。如果集群不支持网络负载均衡器，集群将使用主节点作为外部 IP 地址。

• ConfigMap - 存储数据库服务器的配置文件 （redis.conf） 和 MGMT 的初始配置文件 （juniper.conf）。

• PersistentVolumeClaims - 适用于具有动态数据存储要求的容器。此对象包括 MGMT 和数据库部署。

• 机密 — 存储保护 APMi 所需的密钥和证书。