Conceptes de redundància LANCOM per a xarxes de commutació jeràrquica

Informació del producte

Especificacions:

• Nom del producte: LANCOM Techpaper – Conceptes de redundància per a xarxes de commutació jeràrquica
• Protocols coberts: VPC, apilament, STP
• Focus principal: Redundància i alta disponibilitat en xarxes de commutació

Instruccions d'ús del producte

Canal de port virtual (VPC):

VPC se centra en la redundància física i l'equilibri de càrrega per garantir una alta disponibilitat. Ofereix una complexitat mitjana en la configuració amb requisits i costos elevats de maquinari.

Apilat:

L'apilament proporciona una funcionalitat gairebé plug-and-play per a la redundància i es caracteritza per una baixa complexitat en la configuració. Ofereix requisits i costos de maquinari mitjans.

Protocol de Spanning-Tree (STP)

STP proporciona una solució lògica per evitar errors de xarxa a causa de bucles i garanteix una ràpida recuperació. Té una gran complexitat en la configuració, però ofereix requisits i costos de maquinari baixos.

Preguntes freqüents

• P: Quin protocol he de triar per a la meva xarxa?
  • A: L'elecció del protocol depèn dels requisits específics de la vostra xarxa. VPC és adequat per a una alta disponibilitat amb complexitat mitjana, mentre que l'apilament ofereix facilitat d'ús amb complexitat baixa. STP és rendible, però té una configuració més laboriosa.
• P: STP pot aconseguir zero temps d'inactivitat?
  • A: STP pot aconseguir zero temps d'inactivitat en mode actiu/passiu entre la capa de commutació d'accés i els dispositius finals, però es recomana evitar el funcionament STP a causa de la redundància activa/passiva.

Conceptes de redundància per a xarxes de commutació jeràrquica

El tema de l'alta disponibilitat és un dels aspectes més importants a l'hora de planificar una xarxa de commutació fiable. Els errors com a conseqüència d'una configuració errònia sovint provoquen que les infraestructures de comunicacions senceres cauen. Les conseqüències inclouen immensos costos de seguiment i temps d'inactivitat de producció. Amb una bona planificació, la connexió redundant dels commutadors a tota la xarxa minimitza aquests riscos de fallada i augmenta la disponibilitat de xarxes.

Aquest article t'informa sobre els protocols més importants per a la redundància a les xarxes i t'ofereix exampfitxers de com pot aparèixer una xarxa de tres o dos nivells d'alta disponibilitat.

Aquest article forma part de la sèrie "Solucions de commutació".

Feu clic a les icones per obtenir més informació sobre la informació disponible a LANCOM:

• Conceptes bàsics
  • Arquitectures de commutació de dos i tres nivells
• Conceptes bàsics
  • Canvia la seguretat amb IEEE 802.1X
• Guia de disseny
  • Conceptes de redundància per a xarxes de commutació

• Guia de configuració
  • Configuració de VPC amb commutadors LANCOM

• Guia de configuració
  • Apilament amb interruptors LANCOM
    
• Guia de configuració
  • Opcions de configuració LANCOM XS-6128QF

Els tres conceptes de redundància VPC, apilament i STP

En connectar un commutador a dos commutadors diferents a la capa d'agregació/distribució o a la capa central que hi ha a sobre, l'ús dels grups d'agregació d'enllaços (LAG) dóna com a resultat una disponibilitat extremadament alta (HA) i operacions de xarxa pràcticament ininterrompudes. Un factor important aquí és l'ús de mecanismes de prevenció de bucles. Hi ha diverses solucions de redundància disponibles per connectar en xarxa dos commutadors, inclòs el protocol Spanning Tree (STP), que és menys efectiu, i millors opcions com ara el canal de port virtual (VPC) o l'apilament.

Les diferències entre els tres protocols VPC, apilament i STP inclouen la complexitat de la configuració, el temps d'inactivitat en reiniciar els commutadors i el cost dels commutadors necessaris.

Canal de port virtual (VPC)

VPC pertany a la família Multi-chassis Etherchannel [MCEC] i, per tant, també es coneix com a MC-LAG (Grup d'agregació d'enllaços de xassís múltiples). A causa dels elevats requisits de maquinari, és la més costosa de les tres solucions de redundància i, per tant, s'utilitza habitualment en grans infraestructures de xarxa. Per millorar la tolerància a errors mitjançant la redundància, aquesta tecnologia de virtualització fa que dos commutadors interconnectats apareguin com un enllaç virtual. VPC té les propietats següents:

• Redundància i equilibri de càrrega: Mitjançant el seu enllaç entre iguals, els commutadors del grup VPC virtual intercanvien constantment informació important sobre la xarxa, incloses les taules MAC. Cada commutador entre iguals processa la meitat del volum de dades de la capa d'accés (tecnologia activa/activa). A diferència de l'apilament, segueixen sent instàncies independents i només són els ports connectats els que virtualitzen la redundància recíproca.
• 100% de temps de funcionament mitjançant una convergència ràpida: En cas d'error del dispositiu o canvi a la xarxa, VPC torna a calcular ràpidament els camins de xarxa. D'aquesta manera s'elimina un únic punt de fallada, donant lloc a una recuperació del servei més ràpida. L'altre dispositiu del clúster VPC gestiona tot el trànsit i manté la xarxa activa. Això és independentment de si la fallada del dispositiu va ser causada per un defecte o per un apagat deliberat, com ara durant una actualització de microprogramari (Actualització de programari en servei, ISSU). Això aconsegueix el 100% de temps de funcionament de la xarxa des del nucli fins als dispositius finals.
• Gestió independent: Des de la perspectiva d'un tercer dispositiu, l'enllaç entre iguals fa que els commutadors apareguin com un únic punt d'accés d'enllaç lògic o node de capa 2. El tercer dispositiu pot ser un commutador, un servidor o un altre dispositiu de xarxa de capa d'accés subjacent que admeti l'agregació d'enllaços. Com s'ha esmentat anteriorment, els commutadors iguals continuen sent dispositius gestionables de manera independent que es poden reiniciar o actualitzar individualment.
• Amplada de banda augmentada: L'agrupació de l'enllaç entre iguals (actiu/actiu) augmenta l'ample de banda i la capacitat de rendiment entre els dispositius.
• Topologia de xarxa més senzilla: Com que VPC permet el LAG entre les capes de xarxa, redueix la necessitat d'STP, que s'utilitza a les xarxes L2 tradicionals per evitar bucles.
• Suport per a dispositius no habilitats per a VPC: VPC permet que els dispositius finals o els components de xarxa que no són compatibles amb VPC es connectin a un entorn VPC, augmentant així la compatibilitat i la flexibilitat de la xarxa.
• Maquinari d'interruptor d'alt rendiment: VPC exigeix ​​molt el maquinari del commutador, que ha de ser compatible amb el protocol VPC. Això pot limitar l'elecció de dispositius, especialment a la capa d'accés, i pot ser costós.

Apilament

Una pila és un grup d'interruptors que es comporten físicament com un únic dispositiu. Tots els dispositius de la pila han de tenir les mateixes interfícies d'apilament (ports) i estar equipats amb una versió de microprogramari idèntica. De manera semblant a un sistema de xassís o blade, els ports d'apilament gestionen tot el trànsit de dades del maquinari amb protocols optimitzats per a aquest propòsit.

La tecnologia d'apilament es pot resumir de la següent manera:

Configuració gairebé plug-and-play

• Simplificació de la capa 2: L'apilament es pot imaginar com un pla posterior dels commutadors individuals connectats mitjançant cables que no es reconeixen com a connexió pels protocols de capa 2 configurats. Això permet que el trànsit de xarxa es transmeti a través de diverses connexions simultàniament, de manera que es maximitza el rendiment.
• No cal cap enrutament de capa 3: La distribució intel·ligent del flux de dades dins de la pila no requereix l'encaminament de capa 3 perquè els protocols d'apilament interns gestionen les connexions tal com es descriu anteriorment.
• Transferència ràpida per error i reenviament gairebé ininterromput: Gràcies a les tecnologies de detecció ràpida i de recuperació d'enllaços, les connexions de pila es transfereixen a altres commutadors en cas de fallada mitjançant "hitless failover", és a dir, sense pèrdua de dades.
• No hi ha actualització de programari en servei: Un desavantatgetagAmb l'apilament és que els interruptors apilats han d'estar fora de línia durant una actualització de microprogramari, és a dir, el 100% de temps d'activitat no està garantit durant les actualitzacions de programari o els reinicis. No obstant això, aquesta opció es pot considerar com una alternativa a la VPC quan s'utilitzen finestres de manteniment. Durant el funcionament, el funcionament actiu/actiu aconsegueix el màxim rendiment de dades entre les capes del nucli i del dispositiu final.

Protocol spanning-tree (STP)

Les diferències tècniques entre els estàndards actuals de spanning-tree MSTP (Multi-STP, IEEE 802.1s) i RSTP (RapidSTP, IEEE 802.1w) no es discuteixen aquí. En canvi fem referència a la literatura rellevant. Mentre que VPC i l'apilament se centren en la redundància física i l'equilibri de càrrega, STP ofereix una solució lògica per evitar errors de xarxa a causa dels bucles i per garantir una recuperació ràpida.

Dels tres protocols que es presenten aquí, STP té la configuració més laboriosa. Tot i que STP pot aconseguir zero temps d'inactivitat en mode actiu/passiu entre la capa de commutació d'accés i els dispositius finals, l'operació STP s'ha d'evitar a causa de la redundància activa/passiva. Tanmateix, STP ofereix avançamenttages en alguns escenaris:

• Quan les restriccions relacionades amb la construcció limiten el nombre de connexions possibles, STP és l'alternativa ideal. Això minimitza el risc de formació de bucles, especialment en mode d'accés client.
• Amb els seus modestos requisits de maquinari, el protocol es pot donar suport fins i tot amb commutadors de nivell d'entrada, la qual cosa fa que STP sigui una solució molt rendible.

Els protocols de suport LACP, VRRP, relé DHCP i enrutament L3

A més dels tres protocols ja esmentats, que determinen significativament el concepte general de la xarxa de commutació, són importants altres protocols per a la descripció de l'escenari següent.

Link Aggregation Group (LAG) i Link Aggregation Control Protocol (LACP)

La tecnologia per implementar l'agregació d'enllaços i l'equilibri de càrrega s'anomena LAG (Grup d'agregació d'enllaços). Un LAG agrupa dinàmicament una sèrie de connexions físiques entre dispositius de xarxa en una única connexió lògica.

LACP és l'acrònim de "Link Aggregation Control Protocol". Com a part de l'estàndard global IEEE 802.1AX (Link Aggregation), LACP és un protocol per a la configuració i manteniment automàtic de grups d'agregació d'enllaços. LACP utilitza LACPDU (paquets de dades LACP, principi de petició-resposta) com a mecanisme de negociació automatitzat entre dos o, quan s'utilitza VPC o apilament, diversos dispositius de xarxa, de manera que es pot formar i iniciar automàticament un enllaç agrupat lògicament segons la seva configuració. LACP també és responsable de mantenir l'estat de l'enllaç i intercanviar constantment informació sobre els paquets de dades. Per tant, reacciona dinàmicament als canvis de la xarxa sense necessitat de reconfiguració.

LANCOM Techpaper – Conceptes de redundància per a xarxes de commutació jeràrquica
utilitza una de les dues connexions físiques, i l'altra només s'utilitza per establir la connexió.

Protocol de redundància d'encaminador virtual (VRRP)

VRRP és un protocol de xarxa estandarditzat de capa 3 que utilitza redundància i equilibri de càrrega per proporcionar una assignació automàtica i una migració per error dinàmica per mantenir els encaminadors disponibles o, en aquest cas, els commutadors que admeten l'encaminament. Això garanteix la disponibilitat de la xarxa, especialment per als serveis crítics per a la seguretat, mitjançant la transició perfecta a un dispositiu de còpia de seguretat. En xarxes molt grans (camputilitza amb més de 10,000 ports), el concepte d'encaminament requerit a la capa 3 també es pot simplificar, ja que els dos dispositius del VRRP es poden virtualitzar com una única passarel·la predeterminada.

Relé DHCP

Com que les xarxes de dos o tres nivells solen tenir un servidor DHCP independent en maquinari d'alt rendiment, és important que els commutadors de les capes d'agregació/distribució i d'accés es configuren amb un agent de retransmissió DHCP. Això reenvia les sol·licituds DHCP a un servidor DHCP centralitzat i evita conflictes d'adreces IP.

Encaminament de la capa 3

Les funcions d'encaminament són fonamentals per implementar la seguretat i les opcions de control d'accés, creixement dinàmic de la xarxa i bona estabilitat (reenviament vs. inundació) mitjançant una separació lògica i sobretot eficient de subxarxes. Per garantir que cada commutador sàpiga quin encaminador ha d'utilitzar, es crea una taula d'encaminament que serveix com a "base de dades d'adreces" que és vàlida en tot moment. L'encaminament dinàmic garanteix que tots els "encaminadors", és a dir, els commutadors capaços de capa 3 (L3), es puguin comunicar entre ells i crear aquesta taula d'encaminament de manera independent. Això significa que la ruta del trànsit de dades dins de la xarxa s'estableix constantment de manera dinàmica, la qual cosa garanteix el millor rendiment de la xarxa. Els mètodes d'encaminament habituals són OSPFv2/v3 i BGP4, encara que el primer s'utilitza generalment només en xarxes internes.

Exampescenaris per a xarxes de commutació redundants

Ara que estem familiaritzats amb els protocols i la seva funció bàsica, passem a la seva aplicació a l'example escenaris amb models de la Cartera de commutadors LANCOM.

Document tècnic LANCOM – Conceptes de redundància per a xarxes de commutació jeràrquica
L'exampels mostrats tracten amb xarxes de commutació de tres nivells. Si una xarxa de dos nivells amb capes d'agregació/distribució i accés és suficient per a vostè, es pot ometre la capa bàsica. Les solucions descrites segueixen sent vàlides i es poden considerar com a recomanacions per a l'aplicació pràctica.

Escenari 1: Xarxa de commutadors 100% activa amb commutadors d'accés compatibles amb VPC

Aquest escenari és adequat per a grans empreses i campxarxes amb alts requisits de redundància. El nombre màxim de ports d'accés amb un 100% de redundància és d'aprox. 60,000.
En el cas d'un commutador central amb 32 ports, normalment s'utilitza un port per a l'enllaç ascendent, per exemple, a un centre de dades/WAN, i d'altres 2 a 8 es reserven per a VPC que ofereixi redundància i rendiment. Així, amb 6 connexions VPC, queden 25 ports. A la capa d'agregació/distribució, es connecten commutadors redundants amb 48 ports cadascun. Al seu torn, aquests es poden connectar als interruptors de la capa d'accés, cadascun amb un màxim de 48 ports. Això resulta en

25x48x48= 57,600 ports

Per implementar aquest escenari, tots els commutadors del nucli a la capa d'accés han de ser compatibles amb VPC. Tot i que això limita el nombre potencial d'interruptors, el principi actiu/actiu permet amples de banda elevats en combinació amb un temps de funcionament del 100%. A més, la funció d'actualització de programari en servei (ISSU) compleix els requisits més alts de disponibilitat de xarxa.

Aquest escenari és ideal per als commutadors LANCOM nous, que es llançaran aviat i més potents, com ara l'interruptor central LANCOM CS‑8132F, l'interruptor d'agregació/distribució LANCOM YS‑7154CF, així com els commutadors d'accés de la sèrie XS‑4500. . Per primera vegada, la sèrie XS-4500 permet la connexió de punts d'accés compatibles amb Wi-Fi 7, com ara el LANCOM LX-7500.

Els commutadors de cada capa de xarxa es connecten mitjançant enllaços entre iguals de 100G VPC. Les capes inferiors es connecten de manera redundant mitjançant LAG amb 100G o 25G, depenent dels ports d'enllaç ascendent dels commutadors d'accés. També es pot veure que els interruptors de la capa central del grup VPC estan configurats amb VRRP. Això ajuda a simplificar la configuració d'encaminament posterior a les capes inferiors, ja que els commutadors habilitats per a VPC mantenen les seves respectives adreces IP i només VRRP les simplifica a una única compartida. En conseqüència, els commutadors del nucli i les capes d'agregació/distribució semblen des de la capa d'accés com una única passarel·la d'encaminament L3. No es mostren els protocols auxiliars de relé DHCP i d'encaminament dinàmic com OSPF. Aquests s'han de configurar i utilitzar segons la funció prevista per tal de fer que la segmentació de la xarxa amb VLAN sigui el més senzilla possible.

A nivell dels dispositius finals, aquí es mostren per exempleampamb punts d'accés, la redundància total està disponible amb dispositius equipats amb dues interfícies Ethernet. Atès que els commutadors d'accés LANCOM inclouen el que es coneix com a "PoE sense parar", la font d'alimentació dels dispositius connectats no s'interromp fins i tot en cas de reinici de l'interruptor o actualització de l'interruptor, sempre que hi hagi una segona ruta alternativa de dades.

Escenari 2: xarxa de commutació fiable amb una combinació de VPC i apilament

Aquest escenari se centra en els costos per port. Si és possible que la capa d'accés funcioni amb finestres de manteniment, aquest escenari amb apilament a la capa d'accés és el mètode recomanat. En contrast amb el primer escenari, la capa d'agregació/distribució aquí pot funcionar per exempleampli el LANCOM XS-6128QF, i la capa d'accés pot funcionar de manera més rendible GS-4500 en lloc de la sèrie XS-4500. Com que ara és possible planificar amb fins a vuit commutadors a la pila a la capa d'accés, el nombre de ports augmenta fins a un màxim de 460,800 ports (25*48*48*8). Això augmenta significativament el nombre de ports mentre es manté un nivell acceptable de redundància i un temps de funcionament de la xarxa proper al 100% (suposant que hi hagi una finestra de manteniment).

A causa del nombre molt elevat de ports, els protocols d'encaminament L3 VRRP i ARF (Encaminament i reenviament avançats) es recomanen per a la capa central. VPC es manté al nucli i les capes d'agregació/distribució i, per tant, com en el primer escenari, compleix l'important enfocament ISSU en ambdues capes. En lloc de VPC, l'apilament és la solució de redundància que s'utilitza a la capa d'accés, que augmenta el nombre d'interruptors d'accés que es poden utilitzar des de la cartera LANCOM. De manera similar al primer escenari, el relé DHCP i els LAG continuen en ús entre les capes. A causa de les limitacions de l'apilament, es requereix un temps d'inactivitat d'aproximadament cinc minuts per a una actualització del microprogramari de la pila de commutadors, cosa que fa necessari planificar una finestra de manteniment.

Escenari 3: xarxa de commutació optimitzada en costos amb una combinació de VPC i STP

En aquest escenari, la configuració del nucli i la capa d'agregació/distribució amb VPC i LAG és la mateixa que abans. Només els interruptors LANCOM utilitzats, com ara LANCOM XS-5116QF i LANCOM GS-3652XUP, proporcionen velocitats d'enllaç ascendent divergents.

A la capa d'accés, STP es configura en lloc de VPC o apilament. Això té l'avantatgetagi que el protocol només requereix un rendiment de maquinari modest, la qual cosa augmenta encara més la selecció d'interruptors d'accés viables (per exemple, el Sèrie LANCOM GS-3600). Tanmateix, STP només té un ventall limitat d'usos a causa del principi actiu/passiu i la laboriosa configuració.

A continuació, presentem dos exampper il·lustrar l'ús de STP.

Escenari 3.1: STP en llocs descentrals

Les dues piles d'interruptors d'agregació/distribució s'han d'entendre com a dues unitats independents en ubicacions diferents. Utilitzant LACP i l'STP configurat en ell, ara ambdues piles estan connectades a la columna vertebral que també conté la passarel·la a la WAN. Si falla la connexió de la pila dreta a la passarel·la WAN, per exempleample, a causa d'esdeveniments imprevistos: la pila encara pot dirigir-se a la WAN a través de la pila de l'esquerra sense que el lloc es talli completament. Mentre no hi hagi cap error, la connexió mitjana entre les piles romandrà inactiva. A la capa d'accés, la recomanació per a aquest escenari encara és utilitzar LACP en lloc de STP.

Escenari 3.2: STP amb nombrosos commutadors d'accés en cascada

Aquest escenari és ideal quan el pressupost és limitat però encara cal implementar un gran nombre de ports d'accés. La reducció de costos sovint s'adreça a la pila d'interruptors d'agregació perquè no s'ha d'evitar el gran nombre d'interruptors d'accés. Per retenir una certa quantitat de redundància, es configura un anell a la capa d'accés, que requereix l'activació de STP. També és possible configurar connexions dobles mitjançant LACP aquí. Tanmateix, això també es pot ometre aquí a causa de l'aspecte del cost.

Conclusió

En expandir la seva cartera per incloure la capa bàsica, LANCOM s'ha convertit en una finestreta única per a qualsevol persona que planifiqui o gestioni campxarxes de nosaltres.
Fins i tot si aquests escenaris no poden reflectir tots els dissenys de xarxa possibles, aquests exampels donen una bona partview del que es pot aconseguir amb els commutadors de nucli, d'agregació/distribució i d'accés LANCOM. Amb els conceptes de redundància VPC, apilament i STP que es presenten aquí, es pot trobar la millor solució per a qualsevol requisit de xarxa segons l'aplicació i el pressupost.

Teniu previst configurar o ampliar la vostra xarxa amb commutadors LANCOM?

Els tècnics experimentats de LANCOM i els especialistes dels nostres socis de sistemes l'ajudaran amb la planificació, la instal·lació i l'operació d'un disseny de xarxa LANCOM d'alt rendiment i de futur basat en les necessitats.
Tens alguna pregunta sobre els nostres interruptors o estàs buscant un soci comercial de LANCOM? Si us plau, truca'ns:

Vendes a Alemanya
+49 (0)2405 49936 333 (D)
+49 (0)2405 49936 122 (AT, CH)

LANCOM Systems GmbH

A Rohde & Schwarz Company Adenauerstr. 20/B2
52146 Wuerselen

Alemanya
info@lancom.de

Lancome-systems.com

LANCOM, LANCOM Systems, LCOS, LANcommunity i Hyper Integration són marques registrades. Tots els altres noms o descripcions utilitzats poden ser marques comercials o marques registrades dels seus propietaris. Aquest document conté declaracions relacionades amb productes futurs i els seus atributs. LANCOM Systems es reserva el dret de modificar-les sense previ avís. Sense responsabilitat per errors tècnics i/o omissions. 06/2024

Documents/Recursos

Conceptes de redundància LANCOM per a xarxes de commutació jeràrquica [pdfGuia de l'usuari Conceptes de redundància per a xarxes de commutació jeràrquica, conceptes per a xarxes de commutació jeràrquica, xarxes de commutació jeràrquica, xarxes de commutació, xarxes

Referències

• Manual d'usuari