LANCOM-redundantieconcepten voor hiërarchische switchnetwerken
Productinformatie
Specificaties:
- Productnaam: LANCOM Techpaper – Redundantieconcepten voor hiërarchische switchnetwerken
- Protocollen gedekt: VPC, stapelen, STP
- Hoofdfocus: Redundantie en hoge beschikbaarheid in switchnetwerken
Instructies voor productgebruik
Virtueel poortkanaal (VPC):
VPC richt zich op fysieke redundantie en load-balancing om een hoge beschikbaarheid te garanderen. Het biedt een gemiddelde complexiteit in configuratie met hoge hardwarevereisten en kosten.
stapelen:
Stacking biedt bijna plug-and-play-functionaliteit voor redundantie en wordt gekenmerkt door een lage complexiteit in de configuratie. Het biedt gemiddelde hardwarevereisten en -kosten.
Spanning-Tree Protocol (STP)
STP biedt een logische oplossing om netwerkstoringen als gevolg van lussen te voorkomen en zorgt voor snel herstel. Het heeft een hoge complexiteit in configuratie, maar biedt lage hardwarevereisten en -kosten.
Veelgestelde vragen
- Vraag: Welk protocol moet ik kiezen voor mijn netwerk?
- A: De protocolkeuze hangt af van uw specifieke netwerkvereisten. VPC is geschikt voor hoge beschikbaarheid met gemiddelde complexiteit, terwijl stapelen gebruiksgemak biedt met lage complexiteit. STP is kosteneffectief, maar heeft een meer bewerkelijke configuratie.
- Vraag: Kan STP nul downtime bereiken?
- A: STP kan in de actieve/passieve modus geen downtime bereiken tussen de toegangsschakelaarlaag en eindapparaten, maar het wordt aanbevolen om STP-werking te vermijden vanwege actieve/passieve redundantie.
Redundantieconcepten voor hiërarchische schakelnetwerken
De kwestie van hoge beschikbaarheid is een van de belangrijkste aspecten bij het plannen van betrouwbare switchnetwerken. Storingen als gevolg van een verkeerde configuratie leiden er vaak toe dat hele communicatie-infrastructuren uitvallen. De gevolgen zijn onder meer enorme vervolgkosten en productiestilstand. Met een goede planning minimaliseert de redundante verbinding van de switches over het gehele netwerk die risico's op uitval en verhoogt de beschikbaarheid van netwerken.
Dit artikel informeert u over de belangrijkste protocollen voor redundantie in netwerken en geeft u exampLees hoe een zeer beschikbaar drielaags of tweelaags netwerk eruit kan zien.
Dit artikel maakt deel uit van de serie 'Switching Solutions'.
Klik op de iconen om meer te weten te komen over de beschikbare informatie van LANCOM:
- Basisprincipes
- Basisprincipes
- Ontwerpgids
- Installatiehandleiding
- Installatiehandleiding
- Installatiehandleiding
De drie redundantieconcepten VPC, stacking en STP
Door een switch te verbinden met twee verschillende switches in de aggregatie-/distributielaag of kernlaag erboven, resulteert het gebruik van Link Aggregation Groups (LAG) in extreem hoge beschikbaarheid (HA) en vrijwel ononderbroken netwerkoperaties. Een belangrijke factor hierbij is het gebruik van luspreventiemechanismen. Er zijn verschillende redundantieoplossingen beschikbaar voor het netwerken van twee switches, waaronder het Spanning Tree Protocol (STP), dat minder effectief is, en betere opties zoals het Virtual Port Channel (VPC) of stapelen.
De verschillen tussen de drie protocollen VPC, stacking en STP zijn onder meer de complexiteit van de configuratie, de downtime bij het opnieuw opstarten van de switches en de kosten van de benodigde switches.
Virtueel poortkanaal (VPC)
VPC behoort tot de Multi-chassis Etherchannel [MCEC]-familie en wordt daarom ook wel MC-LAG (Multi-Chassis Link Aggregation Group) genoemd. Vanwege de hoge hardwarevereisten is het de meest kostenintensieve van de drie redundantieoplossingen en wordt daarom meestal gebruikt in grote netwerkinfrastructuren. Om de fouttolerantie door redundantie te verbeteren, zorgt deze virtualisatietechnologie ervoor dat twee onderling verbonden switches als één virtuele link verschijnen. VPC heeft de volgende eigenschappen:
- Redundantie en load-balancing: Met behulp van hun peer-link wisselen switches in de virtuele VPC-groep voortdurend belangrijke informatie uit over het netwerk, inclusief MAC-tabellen. Elke peer-switch verwerkt de helft van het datavolume uit de toegangslaag (actieve/actieve technologie). In tegenstelling tot stapelen blijven het onafhankelijke instanties en zijn het alleen de aangesloten poorten die de wederzijdse redundantie virtualiseren.
- 100% uptime door snelle convergentie: Bij een apparaatstoring of een wijziging in het netwerk berekent VPC snel de netwerkpaden opnieuw. Dit elimineert één enkel storingspunt, wat resulteert in sneller serviceherstel. Het andere apparaat in het VPC-cluster handelt al het verkeer af en houdt het netwerk actief. Dit is ongeacht of de apparaatstoring is veroorzaakt door een defect of door een opzettelijke uitschakeling, bijvoorbeeld tijdens een firmware-update (In-Service Software Upgrade, ISSU). Hierdoor wordt 100% uptime van het netwerk bereikt, van de kern tot de eindapparaten.
- Onafhankelijk beheer: Vanuit het perspectief van een derde apparaat zorgt de peer-link ervoor dat de switches verschijnen als een toegangspunt met een enkele logische link of een laag-2-knooppunt. Het derde apparaat kan een switch, server of ander onderliggend netwerkapparaat op de toegangslaag zijn dat linkaggregatie ondersteunt. Zoals hierboven vermeld, blijven de peer-switches onafhankelijk beheerbare apparaten die afzonderlijk opnieuw kunnen worden opgestart of bijgewerkt.
- Verhoogde bandbreedte: Het bundelen van de peer-link (actief/actief) vergroot de bandbreedte en de doorvoercapaciteit tussen de apparaten.
- Eenvoudigere netwerktopologie: Omdat VPC LAG tussen netwerklagen mogelijk maakt, vermindert het de behoefte aan STP, dat in traditionele L2-netwerken wordt gebruikt om lussen te voorkomen.
- Ondersteuning voor apparaten zonder VPC: Met VPC kunnen eindapparaten of netwerkcomponenten die niet VPC-compatibel zijn, verbinding maken met een VPC-omgeving, waardoor de compatibiliteit en flexibiliteit van het netwerk wordt vergroot.
- Hoogwaardige schakelhardware: VPC stelt hoge eisen aan de switchhardware, die het VPC-protocol moet ondersteunen. Dit kan de keuze aan apparaten beperken, vooral op de toegangslaag, en kan kostbaar zijn.
Stapelen
Een stapel is een groep schakelaars die zich fysiek als één apparaat gedragen. Alle apparaten in de stapel moeten dezelfde stapelinterfaces (poorten) hebben en zijn uitgerust met een identieke firmwareversie. Net als bij een chassis of bladesysteem verwerken de stapelpoorten al het dataverkeer in hardware met voor dit doel geoptimaliseerde protocollen.
De stapeltechnologie kan als volgt worden samengevat:
Bijna plug-and-play-configuratie
- Laag-2-vereenvoudiging: Stacking kan worden voorgesteld als een backplane van de individuele switches die zijn aangesloten via kabels die niet als verbinding worden herkend door de geconfigureerde Layer-2-protocollen. Hierdoor kan netwerkverkeer tegelijkertijd over meerdere verbindingen worden verzonden, waardoor de doorvoer wordt gemaximaliseerd.
- Geen laag-3-routering vereist: De intelligente verdeling van de datastroom binnen de stapel vereist geen laag-3-routering omdat de interne stapelprotocollen de verbindingen afhandelen zoals hierboven beschreven.
- Snelle failover en vrijwel ononderbroken doorsturen: Dankzij snelle detectie- en link recovery-technologieën worden stackverbindingen bij uitval door middel van “hitless failover” overgedragen naar andere switches, dat wil zeggen zonder gegevensverlies.
- Geen interne software-upgrade: Een nadeeltagHet voordeel van stacking is dat gestapelde switches offline moeten gaan tijdens een firmware-update, dat wil zeggen dat 100% uptime niet gegarandeerd is tijdens software-updates of reboots. Niettemin kan deze optie worden overwogen als alternatief voor de VPC wanneer onderhoudsvensters worden gebruikt. Tijdens de werking bereikt de actieve/actieve werking een maximale gegevensdoorvoer tussen de kern- en eindapparaatlagen.
Spanning-tree-protocol (STP)
De technische verschillen tussen de huidige spanning-tree standaarden MSTP (Multi-STP, IEEE 802.1s) en RSTP (RapidSTP, IEEE 802.1w) worden hier niet besproken. In plaats daarvan verwijzen wij naar de relevante literatuur. Terwijl VPC en stacking zich richten op fysieke redundantie en load-balancing, biedt STP een logische oplossing om netwerkstoringen als gevolg van lussen te voorkomen en snel herstel te garanderen.
Van de drie hier gepresenteerde protocollen heeft STP de meest bewerkelijke configuratie. Hoewel STP in de actieve/passieve modus geen downtime kan bereiken tussen de toegangsschakelaarlaag en de eindapparaten, moet STP-werking worden vermeden vanwege de actieve/passieve redundantie. STP biedt echter wel voordelentages in sommige scenario's:
- Waar bouwtechnische beperkingen het aantal mogelijke aansluitingen beperken, is STP het ideale alternatief. Dit minimaliseert het risico op het vormen van lussen, vooral in de clienttoegangsmodus.
- Met zijn bescheiden hardwarevereisten kan het protocol zelfs door instapschakelaars worden ondersteund, wat STP tot een zeer kosteneffectieve oplossing maakt.
De ondersteunende protocollen LACP, VRRP, DHCP-relay en L3-routering
Naast de drie reeds genoemde protocollen, die het totaalconcept van het schakelnetwerk in belangrijke mate bepalen, zijn er nog meer protocollen van belang voor de volgende scenariobeschrijving.
Linkaggregatiegroep (LAG) en Linkaggregatiecontroleprotocol (LACP)
De technologie voor het implementeren van linkaggregatie en load-balancing heet LAG (Link Aggregation Group). Een LAG bundelt dynamisch een aantal fysieke verbindingen tussen netwerkapparaten tot één logische verbinding.
LACP is de afkorting voor “Link Aggregation Control Protocol”. Als onderdeel van de wereldwijde standaard IEEE 802.1AX (Link Aggregation) is LACP een protocol voor de automatische configuratie en het onderhoud van linkaggregatiegroepen. LACP gebruikt LACPDU's (LACP-datapakketten, request-response-principe) als geautomatiseerd onderhandelingsmechanisme tussen twee of, bij gebruik van VPC of stapelen, meerdere netwerkapparaten, zodat automatisch een logisch gegroepeerde link kan worden gevormd en gestart volgens de configuratie ervan. LACP is ook verantwoordelijk voor het onderhouden van de verbindingsstatus en het voortdurend uitwisselen van informatie over de datapakketten. Het reageert daarom dynamisch op veranderingen in het netwerk zonder dat herconfiguratie nodig is.
LANCOM Techpaper – Redundantieconcepten voor hiërarchische switchnetwerken
gebruikt een van de twee fysieke verbindingen, terwijl de andere alleen wordt gebruikt voor het tot stand brengen van verbindingen.
Virtueel Router Redundantie Protocol (VRRP)
VRRP is een gestandaardiseerd laag-3-netwerkprotocol dat redundantie en taakverdeling gebruikt om automatische toewijzing en dynamische failover te bieden om routers beschikbaar te houden, of in dit geval switches die routering ondersteunen. Dit garandeert de beschikbaarheid van het netwerk, vooral voor veiligheidskritische diensten, door de naadloze overgang naar een back-upapparaat. In zeer grote netwerken (caampgebruikt met meer dan 10,000 poorten), kan het routeringsconcept dat vereist is op laag 3 ook worden vereenvoudigd, omdat de twee apparaten in de VRRP kunnen worden gevirtualiseerd als één enkele standaardgateway.
DHCP-relais
Omdat netwerken met twee of drie niveaus doorgaans een afzonderlijke DHCP-server op krachtige hardware hebben, is het belangrijk dat schakelaars op de aggregatie-/distributie- en toegangslagen worden geconfigureerd met een DHCP-relay-agent. Hierdoor worden DHCP-verzoeken doorgestuurd naar een gecentraliseerde DHCP-server en worden IP-adresconflicten voorkomen.
Laag-3-routering
Routingfuncties zijn essentieel voor het implementeren van beveiliging en de mogelijkheden van toegangscontrole, dynamische groei van het netwerk en goede stabiliteit (forwarding vs. flooding) via een logische en vooral efficiënte scheiding van subnetten. Om ervoor te zorgen dat elke switch weet welke router hij moet gebruiken, wordt er een routeringstabel gemaakt die als ‘adressendatabase’ dient en die altijd geldig is. Dynamische routering zorgt ervoor dat alle “routers”, dat wil zeggen Layer-3-compatibele switches (L3), met elkaar kunnen communiceren en deze routeringstabel onafhankelijk kunnen opbouwen. Dit betekent dat de route van het dataverkeer binnen het netwerk voortdurend dynamisch wordt bepaald, wat de beste netwerkprestaties garandeert. Veelgebruikte routeringsmethoden zijn OSPFv2/v3 en BGP4, hoewel de eerste doorgaans alleen in interne netwerken wordt gebruikt.
Exampbestandscenario's voor redundante switchnetwerken
Nu we bekend zijn met de protocollen en hun kernfunctie, gaan we nu over tot de toepassing ervan in exampbestandscenario's met modellen uit de LANCOM-switchportfolio.
LANCOM Techpaper – Redundantieconcepten voor hiërarchische schakelnetwerken
De exampDe getoonde bestanden hebben betrekking op schakelnetwerken met drie niveaus. Als een tweelaags netwerk met aggregatie-/distributie- en toegangslagen voor u voldoende is, kan de kernlaag worden weggelaten. De beschreven oplossingen blijven geldig en kunnen worden gezien als aanbevelingen voor praktische toepassing.
Scenario 1: 100% uptime switchnetwerk met VPC-compatibele toegangsswitches
Dit scenario is geschikt voor grote ondernemingen en campAmerikaanse netwerken met hoge redundantie-eisen. Het maximale aantal toegangspoorten met 100% redundantie bedraagt ca. 60,000.
In het geval van een core switch met 32 poorten wordt doorgaans één poort gebruikt voor de uplink, bijvoorbeeld naar een datacenter/WAN, en zijn er nog eens 2 tot 8 gereserveerd voor VPC die redundantie en prestaties biedt. Met 6 VPC-verbindingen blijven er dus 25 poorten over. Op de aggregatie-/distributielaag zijn redundante switches met elk 48 poorten aangesloten. Deze kunnen op hun beurt verbinding maken met switches op de toegangslaag, elk met maximaal 48 poorten. Dit resulteert in
25x48x48= 57,600 poorten
Om dit scenario te implementeren, moeten alle switches van de kern tot de toegangslaag VPC-compatibel zijn. Hoewel dit het potentiële aantal switches beperkt, maakt het actief/actief-principe hoge bandbreedtes mogelijk in combinatie met 100% uptime. Bovendien voldoet de In-Service Software Update (ISSU)-functie aan de hoogste eisen voor netwerkbeschikbaarheid.
Dit scenario is ideaal voor de nieuwe, binnenkort op de markt te brengen en krachtigste LANCOM-switches, zoals de kernschakelaar LANCOM CS‑8132F, de aggregatie-/distributieschakelaar LANCOM YS‑7154CF en de toegangsschakelaars uit de XS‑4500-serie . Voor het eerst maakt de XS‑4500-serie de verbinding mogelijk met voor Wi-Fi 7 geschikte toegangspunten, zoals de LANCOM LX‑7500.
De switches op elke netwerklaag zijn verbonden via 100G VPC-peerverbindingen. De onderste lagen worden vervolgens redundant via LAG verbonden met 100G of 25G, afhankelijk van de uplinkpoorten van de toegangsschakelaars. Ook is te zien dat core-layer-switches in de VPC-groep zijn geconfigureerd met VRRP. Dit helpt de daaropvolgende routeringsconfiguratie op de lagere lagen te vereenvoudigen, aangezien VPC-compatibele switches hun respectievelijke IP-adressen behouden en het alleen VRRP is die deze vervolgens vereenvoudigt tot één gedeeld adres. Bijgevolg lijken de switches in de kern- en aggregatie-/distributielagen vanuit de toegangslaag één enkele L3-routeringsgateway te zijn. Niet getoond zijn de hulpprotocollen DHCP relay en dynamische routering zoals OSPF. Deze moeten worden geconfigureerd en gebruikt in overeenstemming met hun beoogde functie om de netwerksegmentatie met VLAN's zo eenvoudig mogelijk te maken.
Op het niveau van de eindapparaten, hier bijvoorbeeld weergegevenampbestand met toegangspunten is volledige redundantie beschikbaar bij apparaten die zijn uitgerust met twee Ethernet-interfaces. Omdat LANCOM-toegangsschakelaars beschikken over de zogenaamde “non-stop PoE”, is de stroomvoorziening van de aangesloten apparaten ook bij een switch-reboot of switch-update ononderbroken, zolang er een tweede alternatief datapad aanwezig is.
Scenario 2: Betrouwbaar switchnetwerk met een combinatie van VPC en stacking
Dit scenario richt zich op de kosten per haven. Als het voor de toegangslaag mogelijk is om met onderhoudsvensters te werken, is dit scenario met stapelen op de toegangslaag de aanbevolen methode. In tegenstelling tot het eerste scenario kan de aggregatie/distributielaag hier bijvoorbeeld werkenamplaat de LANCOM XS‑6128QF, en de toegangslaag kan kosteneffectiever werken GS‑4500 in plaats van de XS‑4500-serie. Omdat het nu mogelijk is om met maximaal acht switches in de stack op de toegangslaag te plannen, neemt het aantal poorten toe tot maximaal 460,800 poorten (25*48*48*8). Hierdoor wordt het aantal poorten aanzienlijk vergroot, terwijl een acceptabel niveau van redundantie en bijna 100% netwerkuptime behouden blijft (ervan uitgaande dat er een onderhoudsvenster is).
Vanwege het zeer hoge aantal poorten zijn de L3-routeringsprotocollen VRRP en ARF (Geavanceerde routering en doorsturen) worden aanbevolen voor de kernlaag. VPC blijft in de kern- en aggregatie-/distributielagen aanwezig en vervult daarmee, net als in het eerste scenario, de belangrijke ISSU-benadering op beide lagen. In plaats van VPC is stacking de redundantieoplossing die op de toegangslaag wordt gebruikt, waardoor het aantal toegangsschakelaars uit het LANCOM-portfolio toeneemt. Net als in het eerste scenario blijven DHCP-relay en LAG's tussen de lagen in gebruik. Vanwege de beperkingen van stacking is voor een firmware-update van de switchstack een downtime van circa vijf minuten nodig, waardoor het noodzakelijk is een onderhoudsvenster te plannen.
Scenario 3: Kostengeoptimaliseerd switchnetwerk met een combinatie van VPC en STP
In dit scenario is de configuratie van de kern- en aggregatie-/distributielaag met VPC en LAG hetzelfde als voorheen. Alleen de gebruikte LANCOM-switches, zoals LANCOM XS‑5116QF En LANCOM GS‑3652XUP, bieden uiteenlopende uplinksnelheden.
Op de toegangslaag wordt STP geconfigureerd in plaats van VPC of stapelen. Dit heeft het voordeeltage dat het protocol slechts bescheiden hardwareprestaties vereist, wat de selectie van haalbare toegangsschakelaars (bijv. de LANCOM GS‑3600-serie). STP kent echter slechts een beperkt toepassingsbereik vanwege het actief/passief principe en de omslachtige configuratie.
Hieronder presenteren we twee typische exampbestanden om het gebruik van STP te illustreren.
Scenario 3.1: STP op decentrale locaties
De twee aggregatie-/distributieschakelaarstapels moeten worden gezien als twee onafhankelijke eenheden op verschillende locaties. Met behulp van LACP en de daarop geconfigureerde STP zijn beide stacks nu verbonden met de backbone, die ook de gateway naar het WAN bevat. Als de verbinding van de rechterstack naar de WAN-gateway mislukt, bijvoorbeeldampDoor onvoorziene gebeurtenissen kan de stack nog steeds via de linkerstack naar het WAN worden gerouteerd zonder dat de site volledig wordt afgesloten. Zolang er geen fout is, blijft de middelste verbinding tussen de stapels inactief. Op de toegangslaag is de aanbeveling voor dit scenario nog steeds om LACP te gebruiken in plaats van STP.
Scenario 3.2: STP met talrijke gecascadeerde toegangsschakelaars
Dit scenario is ideaal wanneer het budget beperkt is, maar er nog een groot aantal toegangspoorten moet worden geïmplementeerd. Kostenbesparingen zijn vaak gericht op de stapel aggregatieschakelaars, omdat het grote aantal toegangsschakelaars niet te vermijden is. Om een bepaalde mate van redundantie te behouden, wordt er een ring geconfigureerd op de toegangslaag, waarvoor de activering van STP vereist is. Ook is het mogelijk om hier dubbele verbindingen via LACP op te zetten. Dit kan hier echter vanwege het kostenaspect ook achterwege blijven.
Conclusie
Door hun portfolio uit te breiden met de kernlaag, is LANCOM een one-stop-shop geworden voor iedereen die campons netwerken.
Zelfs als deze scenario's niet elk mogelijk netwerkontwerp kunnen weerspiegelen, zijn deze examples geven een goede overview van wat kan worden bereikt met LANCOM core-, aggregatie/distributie- en toegangsswitches. Met de hier gepresenteerde redundantieconcepten VPC, Stacking en STP kan, afhankelijk van de toepassing en het budget, voor elke netwerkvereiste de beste oplossing worden gevonden.
Bent u van plan uw netwerk in te richten of uit te breiden met LANCOM-switches?
Ervaren LANCOM-technici en de specialisten van onze systeempartners helpen u bij de planning, installatie en exploitatie van een op de behoeften afgestemd, krachtig en toekomstbestendig LANCOM-netwerkontwerp.
Heeft u vragen over onze schakelaars of bent u op zoek naar een LANCOM-verkooppartner? Bel ons alstublieft:
Verkoop in Duitsland
+49 (0)2405 49936 333 (D)
+49 (0)2405 49936 122 (AT, CH)
LANCOM-systemen GmbH
Een Rohde & Schwarz-bedrijf Adenauerstr. 20/B2
52146 Würselen
Duitsland
info@lancom.de
LANCOM, LANCOM Systems, LCOS, LANcommunity en Hyper Integration zijn geregistreerde handelsmerken. Alle andere gebruikte namen of beschrijvingen kunnen handelsmerken of geregistreerde handelsmerken van hun eigenaren zijn. Dit document bevat verklaringen met betrekking tot toekomstige producten en hun kenmerken. LANCOM Systems behoudt zich het recht voor om deze zonder voorafgaande kennisgeving te wijzigen. Geen aansprakelijkheid voor technische fouten en/of onvolledigheden. 06/2024
Documenten / Bronnen
 |
LANCOM-redundantieconcepten voor hiërarchische switchnetwerken [pdf] Gebruikershandleiding Redundantieconcepten voor hiërarchische switchnetwerken, concepten voor hiërarchische switchnetwerken, hiërarchische switchnetwerken, switchnetwerken, netwerken |
