孟曉春

摘 要：最近幾年堆疊技術(shù)比較普遍的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，本文通過對(duì)VRRP+STP技術(shù)特點(diǎn)及原理對(duì)比堆疊技術(shù)的各自優(yōu)劣勢(shì)，分析在某些環(huán)境中采用兩種方式的區(qū)別，以及兩種可靠性方案對(duì)業(yè)務(wù)的影響情況。

關(guān)鍵詞：STP（生成樹協(xié)議），VRRP（虛擬路由冗余協(xié)議），IRF（智能彈性架構(gòu)），Stack（堆疊），CSS（集群交換系統(tǒng)）

1 概述

在近些年的堆疊（stack）技術(shù)、irf（智能彈性架構(gòu)）、CSS（集群交換系統(tǒng)）技術(shù)的出現(xiàn)，給傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)高可靠技術(shù)帶來(lái)了革新，如傳統(tǒng)的二層高可靠技術(shù)如STP（生成樹協(xié)議），MSTP（多生成樹協(xié)議），網(wǎng)關(guān)備份技術(shù)如VRRP（虛擬路由冗余協(xié)議）以及動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，本文側(cè)重點(diǎn)主要結(jié)合我們現(xiàn)有生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)使用的高可靠性技術(shù)與堆疊技術(shù)對(duì)比的優(yōu)劣勢(shì)。

STP生成樹協(xié)議是一種二層協(xié)議，它通過BPDU的交互，計(jì)算出阻塞網(wǎng)絡(luò)中的冗余鏈路來(lái)消除二層環(huán)路，同時(shí)還具備鏈路備份的功能。

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協(xié)議）將可以承擔(dān)網(wǎng)關(guān)功能的一組路由器加入到備份組中，形成一臺(tái)虛擬路由器，由VRRP的選舉機(jī)制決定哪臺(tái)路由器承擔(dān)轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)只需將虛擬路由器配置為缺省網(wǎng)關(guān)，VRRP是一種容錯(cuò)協(xié)議，在提高可靠性的同時(shí)，簡(jiǎn)化了主機(jī)的配置。

STACK（堆疊）/IRF（智能彈性架構(gòu)）/CSS（集群交換系統(tǒng)），它的核心思想是將多臺(tái)設(shè)備通過IRF物理端口連接在一起，虛擬化成一臺(tái)“分布式設(shè)備”，使用這種虛擬化技術(shù)可以集合多臺(tái)設(shè)備的硬件資源和軟件處理能力，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的協(xié)同工作、統(tǒng)一管理和不間斷維護(hù)。

2 STP+VRRP對(duì)比堆疊Stack/IRF/CSS實(shí)現(xiàn)過程

我們通過eSNP模擬器來(lái)模擬STP+VRRP的實(shí)現(xiàn)過程。

Stp+VRRP的特點(diǎn)分析

通過配置stp協(xié)議阻斷數(shù)據(jù)鏈路層環(huán)路，在結(jié)合VRRP協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)關(guān)地址的備份，我們將核心1的生成樹優(yōu)先級(jí)設(shè)置為0全網(wǎng)最高，核心2為4096，其他接入設(shè)備默認(rèn)為65535。

配置命令如下：

[Switch-1]stp instance 0 priority 0

[Switch-1]interface Vlanif1

[Switch-1-vlanif] ip address 10.0.0.252 255.255.255.0

[Switch-1-vlanif] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.254

[Switch-1-vlanif] vrrp vrid 1 priority 120

[Switch-2]stp instance 0 priority 4096

[Switch-2-vlanif]interface Vlanif1

ip address 10.0.0.253 255.255.255.0

[Switch-1-vlanif] vrrp vrid 1 virtual-ip 10.0.0.254

如上圖1所示，我們將核心-1的G0/0/2口鏈路故障，這時(shí)PC2，PC3會(huì)有30秒的中斷時(shí)間（block-learn-fowarding狀態(tài)的轉(zhuǎn)換），這個(gè)中斷時(shí)間我們可以通過在接入交換機(jī)連接PC的端口開啟邊緣端口（stp edge-port enable）功能進(jìn)行規(guī)避，這個(gè)需要在所有的接入交換機(jī)上配置，在大型的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境實(shí)現(xiàn)及管理量比較大。

當(dāng)核心1-核心2之間的G0/0/1端口鏈路故障，這樣VRRP的交互報(bào)文通過接入交換機(jī)來(lái)完成，這樣的流量模型并不合理，但是不至于導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。

接入交換機(jī)雙鏈路上行到2臺(tái)核心交換機(jī)，兩條鏈路的關(guān)系為轉(zhuǎn)發(fā)、阻斷狀態(tài)，兩條鏈路的利用率是50%，如果利用MSTP可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)（MSTP對(duì)接入交換機(jī)的資源占用比較大），但在大多數(shù)情況下，一臺(tái)接入交換機(jī)的數(shù)據(jù)都在一個(gè)VLAN內(nèi)，在同一臺(tái)接入交換機(jī)下來(lái)說(shuō)，如果在一臺(tái)接入交換機(jī)具有大量的流量到核心交換機(jī)情況，實(shí)際的2條鏈路只有1條被利用起來(lái)。

堆疊STACK/IRF環(huán)境的實(shí)現(xiàn)過程：

目前大多數(shù)廠家的堆疊技術(shù)也稱之為虛擬化技術(shù)，虛擬化技術(shù)有多虛一，一虛多，縱向虛擬化，使用最多的是多臺(tái)虛擬為一臺(tái)，下文的虛擬數(shù)量我們主要以2虛1為實(shí)例進(jìn)行分析

如圖2所示，原有的2臺(tái)核心交換機(jī)堆疊為1臺(tái)邏輯設(shè)備，首先需要命令通過更改成員交換機(jī)的默認(rèn)編號(hào)0修改為1，執(zhí)行命令

[Switch-1] stack slot 0 renumber 1

修改后重新啟動(dòng)交換機(jī)1，重啟后所有端口及slot number變?yōu)?，分別配置交換機(jī)1、2的堆疊邏輯口，配置以下命令

[Switch-1] stack port interface gigabitethernet 0/0/27 enable

[Switch-1] stack port interface gigabitethernet 0/0/28 enable

[Switch-1] interface stack-port 0/1

[Switch-1-stack-port0/1] port member-group interface gigabitethernet 0/0/27

[Switch-1-stack-port0/1] quit

[Switch-1] interface stack-port0/2

[Switch-1-stack-port0/2]port member-group interface gigabitethernet 0/0/28

[Switch-1-stack-port0/2] quit

[Switch-2] stack port interface gigabitethernet 0/0/27 enable

[Switch-2] stack port interface gigabitethernet 0/0/28 enable

[Switch-2] interface stack-port 0/1

[Switch-2-stack-port0/1] port member-group interface gigabitethernet 0/0/27

[Switch-2-stack-port0/1] quit

[Switch-2] interface stack-port 0/2

[Switch-2-stack-port0/2] port member-group interface gigabitethernet 0/0/28

[Switch-2-stack-port0/2] quit

連接堆疊電纜，這時(shí)switch-2檢測(cè)到堆疊的成員后，回重新啟動(dòng)，啟動(dòng)后兩臺(tái)物理設(shè)備堆疊為1臺(tái)邏輯設(shè)備，通過dis stack 可以查看到堆疊成功

堆疊成功后，我們可以將連接接入交換機(jī)的2條鏈路做成鏈路聚合，做到鏈路可靠性及端口性能的提升，配置eth-trunk口命令：

[Switch-1] interface eth-trunk 10

[Switch-1-Eth-Trunk10]trunkport G0/0/1

[Switch-1-Eth-Trunk10] trunkport G0/0/4

配置完成堆疊及聚合，端口速率疊加為2G，如圖4顯示

通過以上完成堆疊和鏈路聚合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備管理的簡(jiǎn)化，以及性能的提升，同時(shí)提高了可靠性，這時(shí)我們斷開其中一條鏈路，G0/0/1，業(yè)務(wù)不會(huì)丟包或者會(huì)丟1個(gè)包而已，對(duì)于所有的TCP業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)都不會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)構(gòu)成影響，我們上述配置的聚合是最為基本的普通normal模式聚合，這種聚合模式主要取決于接口的狀態(tài)來(lái)決定聚合端口是否被選中，這樣對(duì)于A-B兩臺(tái)直連的環(huán)境來(lái)說(shuō)沒有什么問題，當(dāng)一端端口DOWN掉后對(duì)端端口也跟隨DOWN掉，A-B設(shè)備的物理端口狀態(tài)一直，如果對(duì)于跨傳輸設(shè)備的鏈路聚合模式我們可以采用動(dòng)態(tài)聚合模式通過LACP（Link Aggregation Control Protocol，鏈路聚合控制協(xié)議）協(xié)議實(shí)現(xiàn)，這樣可以避免一側(cè)的傳輸設(shè)備端口DOWN掉，而對(duì)端的端口并不從聚合組中刪除掉，導(dǎo)致部分流量通過中斷的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)，流量被丟棄掉，導(dǎo)致業(yè)務(wù)不正常，如圖5所示

使用LACP聚合在兩端的設(shè)備端口會(huì)交互lacpdu報(bào)文，這樣兩端端口會(huì)有交互報(bào)文，如果一段傳輸鏈路故障，另一側(cè)端口會(huì)很快的感知到，從而刪除聚合組中的端口成員，保證業(yè)務(wù)流量經(jīng)過兩側(cè)都正常的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)。

關(guān)于成員的角色我們可以通過圖3看到2臺(tái)物理交換機(jī)堆疊后的成員狀態(tài)，如果是master代表是這臺(tái)交換機(jī)作為主控角色，這樣的情況，如果2臺(tái)交換機(jī)之間的鏈路發(fā)生故障，如果堆疊電纜斷開（多數(shù)情況下采用2條堆疊電纜做環(huán)形堆疊，2條堆疊鏈路出現(xiàn)故障的情況可能性很?。?，2臺(tái)交換機(jī)會(huì)分裂為2臺(tái)獨(dú)立的設(shè)備，各自都認(rèn)為自己是master的角色，這種情況就會(huì)有問題，2臺(tái)交換機(jī)的運(yùn)行配置會(huì)重疊，比如說(shuō)網(wǎng)關(guān)配置、路由器配置等，對(duì)上下行設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)成了影響，針對(duì)這個(gè)問題，我們可以通過多主檢測(cè)來(lái)進(jìn)行規(guī)避，下文我們主要使用LACP的方式進(jìn)行檢測(cè)是否分裂。

在堆疊系統(tǒng)上，配置設(shè)備Eth-Trunk的代理方式雙主檢測(cè)功能。

[Switch-1] interface eth-trunk 1

[Switch-1-Eth-Trunk1] mode relay

在代理設(shè)備接入交換機(jī)上，配置Eth-Trunk的代理功能。

[Access] interface eth-trunk 1

[Access-Eth-Trunk1] mad detect mode relay

[Access-Eth-Trunk1] mode relay

我們模擬分裂的過程，將堆2條堆疊線纜斷開后，發(fā)現(xiàn)standby設(shè)備的所有端口都被關(guān)閉，不參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，這樣就避免了環(huán)路以及多主設(shè)備的配置沖突，除此以外的多主檢測(cè)例如，BFD MAD 。

對(duì)于動(dòng)態(tài)路由的環(huán)境，堆疊技術(shù)也有相應(yīng)的可靠性解決方案，如果2臺(tái)堆疊的交換機(jī)運(yùn)行了ospf協(xié)議對(duì)于常規(guī)情況下，master standby設(shè)備切換導(dǎo)致鄰居關(guān)系重置以及的流量中斷和的路由震蕩，會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷，為了規(guī)避這種情況的發(fā)生，我們可以結(jié)合nsr（不間斷路由）gr（平滑重啟）技術(shù)及配置，來(lái)做到當(dāng)master設(shè)備的宕機(jī)，standby設(shè)備接替master的過程不需要重新建立ospf鄰居以及路由的更新收斂，GR環(huán)境Restarter路由器和Helper路由器之間重新建立鄰居關(guān)系，交換路由信息并同步數(shù)據(jù)庫(kù)，更新路由表和轉(zhuǎn)發(fā)表，從而實(shí)現(xiàn)OSPF快速收斂，保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞€(wěn)定；NSR通過將OSPF鏈路狀態(tài)信息從主進(jìn)程備份到備進(jìn)程，使設(shè)備在發(fā)生主備倒換時(shí)可以自行完成鏈路狀態(tài)的恢復(fù)和路由的重新生成，鄰接關(guān)系不會(huì)發(fā)生中斷，從而避免了主備倒換對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)的影響。

我們以h3c設(shè)備運(yùn)行了OSPF協(xié)議并結(jié)合NSR配置如下：

[routerA]Ospf 1

[routerA-ospf]non-stop-routing

3 結(jié)論

經(jīng)過上述配置、原理分析對(duì)比了stp+vrrp和堆疊技術(shù)的比較，STP+VRRP主要依靠了協(xié)議本身可靠性的特點(diǎn)，而堆疊技術(shù)通過設(shè)備硬件基礎(chǔ)層面的可靠性，讓協(xié)議層做到無(wú)感知，當(dāng)物理層發(fā)生變化不會(huì)影響到協(xié)議層，對(duì)于運(yùn)行的路由協(xié)議以及用戶的業(yè)務(wù)流量不會(huì)產(chǎn)生影響，并且在帶寬利用率上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于骨干及核心層次的設(shè)備建議部署這種堆疊，相對(duì)于接入層的拓?fù)渥兓^為頻繁來(lái)說(shuō)，骨干核心層設(shè)備建議關(guān)閉STP協(xié)議，避免因不穩(wěn)定的鏈路導(dǎo)致STP計(jì)算導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷，核心層次的設(shè)備本身鏈路連接相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)STP的需求并不明顯，對(duì)于匯聚及接入設(shè)備來(lái)說(shuō)，啟用生成樹協(xié)議可以有效的避免誤解線纜、設(shè)備導(dǎo)致的二層環(huán)路，也要結(jié)合邊緣端口、跟橋保護(hù)、bpdu保護(hù)等配置，保證STP的健壯性。

在某些環(huán)境或者特定的設(shè)備型號(hào)，堆疊也受到一定的限制，比如說(shuō)跨區(qū)域的（遠(yuǎn)距離）堆疊，在匯聚層設(shè)備多數(shù)采用堆疊電纜的方式進(jìn)行，然而堆疊電纜的長(zhǎng)度比較短（1.5～5米），各廠商已經(jīng)提供了解決辦法，可以通過萬(wàn)兆的光口進(jìn)行堆疊，這樣可以通過光纜進(jìn)行跨區(qū)域的遠(yuǎn)距離堆疊，如果在某些特定型號(hào)設(shè)備無(wú)法支持光模塊堆疊，使用可靠性技術(shù)就需要結(jié)合STP+VRRP的方式。

在運(yùn)維管理的角度來(lái)看，堆疊相比STP+vrrp的拓?fù)涓?jiǎn)潔，邏輯結(jié)構(gòu)更清晰，管理節(jié)點(diǎn)更少，相比繁瑣的STP及VRRP配置，的確有較大的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)維更為清晰，簡(jiǎn)化。

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