路由交換技術(shù)電子教案-ch05-提升鏈路帶寬與可靠性

教案序號(hào)8周次授課形式講練結(jié)合授課章節(jié)名稱項(xiàng)目5提升鏈路帶寬與可靠性教學(xué)目的1.了解鏈路聚合的基本概念和作用2.理解鏈路聚合的工作原理和模式3.掌握鏈路聚合的配置方法教學(xué)重點(diǎn)1.理解鏈路聚合的工作原理。教學(xué)難點(diǎn)1.掌握鏈路聚合的配置方法。使用教具計(jì)算機(jī)、ppt、eNSP、觸摸白板課外作業(yè)復(fù)習(xí)本節(jié)，預(yù)習(xí)下節(jié)課后體會(huì)同學(xué)們對(duì)本堂課的掌握情況良好授課主要內(nèi)容本項(xiàng)目知識(shí)圖譜5.1鏈路聚合的基本概念鏈路聚合（LinkAggregation，LA）又稱Eth-Trunk，它通過(guò)將多個(gè)物理接口整合為一個(gè)邏輯接口，有效提升鏈路帶寬和可靠性。鏈路聚合將兩臺(tái)設(shè)備之間的多條物理鏈路合并成一條具有高帶寬的邏輯鏈路。上層應(yīng)用視同一聚合組內(nèi)的所有物理鏈路為一條邏輯鏈路，數(shù)據(jù)通過(guò)這條聚合鏈路進(jìn)行傳輸。如圖5-2所示，設(shè)備A與設(shè)備B間使用四條以太網(wǎng)鏈路相連，通過(guò)鏈路聚合將這四條鏈路合并成一條邏輯鏈路。這條邏輯鏈路的帶寬是原先四條物理鏈路帶寬的總和，從而實(shí)現(xiàn)了帶寬的擴(kuò)展。此外，這四條物理鏈路間存在相互備份的機(jī)制，增強(qiáng)了鏈路的穩(wěn)定性。聚合后的鏈路接口仍能作為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口使用，支持多種路由協(xié)議及其他網(wǎng)絡(luò)功能。圖5-2鏈路聚合1．鏈路聚合的優(yōu)勢(shì)（1）增加網(wǎng)絡(luò)帶寬鏈路聚合能夠?qū)⒍鄠€(gè)物理鏈路合并為一個(gè)邏輯鏈路，使得合并后的總帶寬等于各個(gè)接口帶寬之和。當(dāng)單個(gè)接口的數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)，成為網(wǎng)絡(luò)性能提升的障礙時(shí)，利用支持鏈路聚合的設(shè)備可以方便地?cái)U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)帶寬。如果兩臺(tái)交換機(jī)之間配置了四條1Gbit/s的物理鏈路，通過(guò)鏈路聚合，它們之間就擁有一條4Gbit/s帶寬的邏輯鏈路。值得注意的是，在網(wǎng)絡(luò)生成樹協(xié)議的環(huán)境中，聚合后的鏈路仍被視為一條鏈路。（2）提升鏈路可靠性鏈路聚合通過(guò)成員接口間的動(dòng)態(tài)備份提高了鏈路的可靠性。當(dāng)某條活動(dòng)鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，流量可以自動(dòng)切換到其他可用的成員鏈路上，從而避免了單點(diǎn)故障導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)中斷。這種冗余性對(duì)于確保網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。（3）負(fù)載分擔(dān)在鏈路聚合組內(nèi)，流量可以在各成員活動(dòng)鏈路之間進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)。這意味著網(wǎng)絡(luò)流量可以被均勻分配到多個(gè)鏈路上，從而降低了單個(gè)鏈路過(guò)載的風(fēng)險(xiǎn)，提高了整體網(wǎng)絡(luò)的性能和穩(wěn)定性。負(fù)載分擔(dān)還有助于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的使用，確保網(wǎng)絡(luò)在高負(fù)載情況下仍能保持良好的性能。3．鏈路聚合的適用場(chǎng)景鏈路聚合不僅限于兩臺(tái)交換機(jī)之間的應(yīng)用，其適用范圍廣泛，包括交換機(jī)與路由器、路由器之間、交換機(jī)與服務(wù)器、路由器與服務(wù)器、服務(wù)器之間的連接。理論上，個(gè)人計(jì)算機(jī)之間同樣能實(shí)現(xiàn)鏈路聚合。服務(wù)器本質(zhì)上屬于高性能計(jì)算機(jī)，但在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，其角色至關(guān)重要，需確保與其他設(shè)備的連接具備極高的可靠性，因此，服務(wù)器常采用鏈路聚合技術(shù)，以保障連接的高穩(wěn)定性。4．鏈路聚合的相關(guān)術(shù)語(yǔ)（1）鏈路聚合組(LinkAggregationGroup，LAG)LAG是由多條物理鏈路整合而成的邏輯鏈路，其兩端分別配置了一個(gè)由多個(gè)物理接口聚合而成的邏輯接口，這個(gè)特殊的邏輯接口被命名為Eth-Trunk接口。（2）成員接口/鏈路Eth-Trunk接口/鏈路是由多個(gè)獨(dú)立的物理接口/鏈路集合而成的。（3）活動(dòng)接口/鏈路在Eth-Trunk中，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)某蓡T接口/鏈路被稱為活動(dòng)接口/鏈路。（4）非活動(dòng)接口/鏈路在Eth-Trunk中，不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)某蓡T接口/鏈路被稱為非活動(dòng)接口/鏈路。（5）聚合模式將多條Trunk鏈路聚合成一條Eth-Trunk鏈路的方式稱為鏈路聚合模式，包括手工模式和LACP模式。5.2鏈路聚合模式1．手工模式在手工模式下配置Eth-Trunk時(shí)，所有步驟均需手工完成。此模式下，所有已加入的鏈路默認(rèn)均為活動(dòng)狀態(tài)，共同分擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。若某條活動(dòng)鏈路發(fā)生故障，系統(tǒng)將自動(dòng)調(diào)整，剩余活動(dòng)鏈路將繼續(xù)平均分擔(dān)流量。手工模式缺點(diǎn)如下。（1）確保本端成員接口的對(duì)端接口來(lái)自同一設(shè)備，并且這些對(duì)端接口也應(yīng)被加入到相同的鏈路聚合接口中。如圖5-3所示，設(shè)備A成員接口的對(duì)端接口不是來(lái)自同一設(shè)備。（2）由于設(shè)備間缺乏報(bào)文交互機(jī)制，因此管理員需要手動(dòng)進(jìn)行確認(rèn)和配置。（3）當(dāng)某個(gè)物理接口發(fā)生故障時(shí)，設(shè)備僅能依賴物理層的狀態(tài)信息來(lái)判斷對(duì)端接口的工作狀態(tài)。圖5-3設(shè)備A成員接口的對(duì)端接口不是來(lái)自同一設(shè)備2．LACP模式鏈路聚合技術(shù)中的手工模式能夠整合多個(gè)物理接口為一個(gè)邏輯上的Eth-Trunk接口，以此增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)帶寬。此模式只能檢測(cè)到同一聚合組內(nèi)的成員鏈路有斷路等有限故障，但是無(wú)法檢測(cè)到鏈路斷連、錯(cuò)連等故障。鏈路聚合控制協(xié)議（LinkAggregationControlProtocol，LACP）定義在802.3ad中，LACP模式不僅能夠檢測(cè)到同一聚合組內(nèi)的成員鏈路有斷路等有限故障，還可以檢測(cè)到鏈路故障、鏈路錯(cuò)連等故障。在LACP模式下，設(shè)備間利用鏈路聚合控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元（LinkAggregationControlProtocolDataUnit，LACPDU）進(jìn)行交互，驗(yàn)證對(duì)端設(shè)備身份及其所屬聚合接口的成員接口一致性，從而確保鏈路聚合的正確性與有效性。（1）系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)用于在兩端設(shè)備間區(qū)分優(yōu)先級(jí)高低。在LACP模式下，為確保鏈路聚合組的成功建立，可以通過(guò)設(shè)定一端設(shè)備為較高的系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)，從而成為主動(dòng)端，而另一端則依據(jù)主動(dòng)端來(lái)確定活動(dòng)接口。系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)默認(rèn)為32768，數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高，若兩端優(yōu)先級(jí)相同，LACP將依據(jù)MAC地址大小來(lái)選定主動(dòng)端，MAC地址數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。圖5-3系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)（2）接口優(yōu)先級(jí)接口優(yōu)先級(jí)用于區(qū)分同一Eth-Trunk內(nèi)接口成為活動(dòng)接口的優(yōu)先級(jí)順序，優(yōu)先級(jí)較高的接口會(huì)優(yōu)先被選定為活動(dòng)接口。接口優(yōu)先級(jí)默認(rèn)為32768，數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。（3）LACP模式實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖5-4所示，設(shè)備A和設(shè)備B上都配置了LACP，加入Eth-Trunk的4個(gè)接口編號(hào)為1、2、3、4，最大活動(dòng)接口數(shù)為2，系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)和接口優(yōu)先級(jí)皆為為默認(rèn)值。運(yùn)行LACP后，設(shè)備A與設(shè)備B的1至4號(hào)接口都會(huì)向外發(fā)送LACPDU。圖5-4LACP模式實(shí)現(xiàn)過(guò)程當(dāng)設(shè)備A和設(shè)備B接收到對(duì)方發(fā)送的LACPDU時(shí)，它們首先會(huì)對(duì)比系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)，發(fā)現(xiàn)均為默認(rèn)值32768，繼續(xù)比較各自的MAC地址，設(shè)備A的MAC地址較小，設(shè)備A為L(zhǎng)ACP選舉的主動(dòng)端。選定設(shè)備A為主動(dòng)端后，兩端設(shè)備會(huì)根據(jù)主動(dòng)端的接口優(yōu)先級(jí)來(lái)確定哪個(gè)接口作為活動(dòng)接口。由于設(shè)備A的接口具有相同的優(yōu)先級(jí)，所以會(huì)選擇接口編號(hào)較小的作為活動(dòng)接口，這里選擇設(shè)備A的1號(hào)和2號(hào)接口為活動(dòng)接口。當(dāng)兩端設(shè)備都選擇了相同的活動(dòng)接口時(shí)，活動(dòng)鏈路組即告建立，隨后數(shù)據(jù)會(huì)通過(guò)這些活動(dòng)鏈路以負(fù)載分擔(dān)的方式進(jìn)行傳輸。（4）負(fù)載分擔(dān)在Eth-Trunk數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，由于聚合組中包含多條物理鏈路連接兩端設(shè)備，會(huì)出現(xiàn)同一數(shù)據(jù)流的幀分散在不同物理鏈路上傳輸，可能同一個(gè)數(shù)據(jù)流的第二個(gè)數(shù)據(jù)幀比第一個(gè)數(shù)據(jù)幀早到達(dá)目的地，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包亂序。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Eth-Trunk采用逐流負(fù)載分擔(dān)技術(shù)。逐流負(fù)載分擔(dān)技術(shù)通過(guò)HASH算法，根據(jù)數(shù)據(jù)幀中的地址信息，如MAC地址或IP地址，生成一個(gè)獨(dú)特的HASH-KEY值。然后，使用這個(gè)值在Eth-Trunk的轉(zhuǎn)發(fā)表中查找并確定數(shù)據(jù)幀應(yīng)該通過(guò)哪個(gè)物理接口發(fā)送。由于不同的地址會(huì)產(chǎn)生不同的HASH-KEY值，因此同一數(shù)據(jù)流的幀會(huì)被引導(dǎo)向同一條物理鏈路，確保了幀的順序性，不同的數(shù)據(jù)流會(huì)被分配到不同的物理鏈路上，實(shí)現(xiàn)了流量的負(fù)載分擔(dān)。雖然逐流負(fù)載分擔(dān)技術(shù)能夠有效保證數(shù)據(jù)包的順序，但它并不一定能最大化帶寬利用率。用戶能夠根據(jù)流量特性配置不同負(fù)載分擔(dān)方式。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)流量中的某個(gè)參數(shù)變動(dòng)頻繁時(shí)，采用與該參數(shù)相關(guān)聯(lián)的負(fù)載分擔(dān)方式能夠更有效地平衡流量。若報(bào)文IP地址變動(dòng)頻繁，采用基于目的IP、源IP或二者組合的負(fù)載分擔(dān)方式能更好地在各物理鏈路間分配流量，實(shí)現(xiàn)更均衡的分布。若報(bào)文的MAC地址變動(dòng)頻繁，而IP地址相對(duì)穩(wěn)定，那么選擇基于源MAC、目的MAC或兩者結(jié)合的負(fù)載分擔(dān)方式更有效。5.3鏈路聚合的基本配置1．創(chuàng)建鏈路聚合組創(chuàng)建Eth-Trunk接口，并進(jìn)入Eth-Trunk視圖，trunk-id為Eth-Trunk編號(hào)。[Huawei]interfaceeth-trunktrunk-id#創(chuàng)建Eth-Trunk接口，并進(jìn)入Eth-Trunk視圖2．配置鏈路聚合模式根據(jù)需要選擇LACP模式和手工模式，兩端設(shè)備的鏈路聚合模式需保持一致。[Huawei-Eth-Trunk1]mode{lacp|manualload-balance}3．將接口加入鏈路聚合組中（以太網(wǎng)接口視圖）進(jìn)入接口視圖，[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]eth-trunktrunk-id4．將接口加入鏈路聚合組中（Eth-Trunk視圖）在Eth-Trunk視圖中將相應(yīng)接口加入到鏈路聚合組。與上述第3點(diǎn)異曲同工。[Huawei-Eth-Trunk1]trunkportinterface-type{interface-number}5．系統(tǒng)LACP優(yōu)先級(jí)越小越優(yōu)，默認(rèn)值為32768。[Huawei]lacpprioritypriority6．最大活動(dòng)接口數(shù)本端與對(duì)端保持一致，只有在LACP模式下有效。[Huawei-Eth-Trunk1]maxactive-linknumber{number}7．最小活動(dòng)接口數(shù)本端與對(duì)端可以不同，手工模式與LACP模式下都有效。[Huawei-Eth-Trunk1]leastactive-linknumber{number}【項(xiàng)目實(shí)施】任務(wù)4.1手工模式的鏈路聚合

1．任務(wù)描述如圖5-5所示，藍(lán)箭公司兩臺(tái)核心交換機(jī)S3和S4均承載著VLAN10、VLAN20、VLAN30、VLAN40的網(wǎng)絡(luò)流量。由于S3和S4之間有較大的數(shù)據(jù)流量，公司決定在S3和S4之間配置手工模式的鏈路聚合技術(shù)，以提升帶寬和可靠性，確保在單鏈路故障時(shí)，數(shù)據(jù)流量能無(wú)縫切換至其他鏈路，保持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定連續(xù)。圖5-5手工模式的鏈路聚合2．實(shí)施步驟（1）S3上的配置。[S3]interfaceEth-Trunk1#創(chuàng)建鏈路聚合組Eth-Trunk1#將GE0/0/1和GE0/0/2加入到鏈路聚合組Eth-Trunk1中[S3-Eth-Trunk1]trunkportGigabitEthernet0/0/1to0/0/2[S3-Eth-Trunk1]modemanualload-balance#配置為手工模式，負(fù)載分擔(dān)[S3-Eth-Trunk1]portlink-typetrunk#將鏈路聚合組配置為Trunk類型#允許VLAN10、VLAN20、VLAN30、VLAN40的流量通過(guò)[S3-Eth-Trunk1]porttrunkallow-passvlan10203040（2）S4上的配置。[S4]interfaceEth-Trunk1[S4-Eth-Trunk1]trunkportGigabitEthernet0/0/1to0/0/2[S3-Eth-Trunk1]modemanualload-balance[S4-Eth-Trunk1]portlink-typetrunk[S4-Eth-Trunk1]porttrunkallow-passvlan102030403．測(cè)試分析S3上通過(guò)執(zhí)行displayeth-trunk1命令，驗(yàn)證Eth-Trunk1的創(chuàng)建狀態(tài)及其成員接口的配置情況。檢查結(jié)果顯示，Eth-Trunk1已成功建立，并包含了2個(gè)接口：GE0/0/1、GE0/0/2，這些接口均已被正確添加到Eth-Trunk中，并且它們的狀態(tài)均為up（激活狀態(tài)），Eth-Trunk1的操作狀態(tài)Operatestatus為up。[S3]displayeth-trunk1Eth-Trunk1'sstateinformationis:WorkingMode:NORMALHasharithmetic:AccordingtoSIP-XOR-DIPLeastActive-linknumber:1MaxBandwidth-affected-linknumber:8Operatestatus:upNumberOfUpPortInTrunk:2------------------------------------------------------------------------------PortNameStatusWeightGigabitEthernet0/0/1Up1GigabitEthernet0/0/2Up1任務(wù)4.2LACP模式的鏈路聚合

1．任務(wù)描述由于藍(lán)箭公司的業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)迅速，原來(lái)由兩條物理鏈路組成的聚合鏈路組已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，公司決定在S3與S4之間采用三條以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行鏈路聚合，采用LACP模式，增加帶寬、增強(qiáng)鏈路冗余度并確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在配置過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整優(yōu)先級(jí)設(shè)置，確保S3作為主動(dòng)端，限制最大活躍接口數(shù)為2，意味著在這三條鏈路中，僅有兩條會(huì)同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，而余下的一條則作為備用鏈路，隨時(shí)準(zhǔn)備在需要時(shí)接替?zhèn)鬏敼ぷ?。圖5-6LACP的鏈路聚合2．實(shí)施步驟（1）S3上的配置。[S3]interfaceEth-Trunk1[S3-Eth-Trunk1]modelacp#配置lacp模式[S3-Eth-Trunk1]maxactive-linknumber2#限制最大活躍接口數(shù)為[S3-Eth-Trunk1]trunkportGigabitEthernet0/0/1to0/0/3[S3-Eth-Trunk1]portlink-typetrunk[S3-Eth-Trunk1]porttrunkallow-passvlan10203040[S3]lacppriority1000#配置系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)（2）S4上的配置。[S4]interfaceEth-Trunk1[S4-Eth-Trunk1]modelacp[S4-Eth-Trunk1]maxactive-linknumber2[S4-Eth-Trunk1]trunkportGigabitEthernet0/0/1to0/0/3[S4-Eth-Trunk1]portlink-typetrunk[S4-Eth-Trunk1]por