Koncepti redundance LANCOM za hierarhična stikalna omrežja
Informacije o izdelku
Specifikacije:
- Ime izdelka: LANCOM Techpaper – Koncepti redundance za hierarhična stikalna omrežja
- Zajeti protokoli: VPC, zlaganje, STP
- Glavni fokus: Redundanca in visoka razpoložljivost v stikalnem omrežju
Navodila za uporabo izdelka
Kanal virtualnih vrat (VPC):
VPC se osredotoča na fizično redundanco in uravnoteženje obremenitve, da zagotovi visoko razpoložljivost. Ponuja srednje zahtevno konfiguracijo z visokimi strojnimi zahtevami in stroški.
Zlaganje:
Zlaganje zagotavlja funkcijo skoraj plug-and-play za redundanco in je značilna nizka kompleksnost konfiguracije. Ponuja srednje strojne zahteve in stroške.
Protokol vpetega drevesa (STP)
STP ponuja logično rešitev za izogibanje okvaram omrežja zaradi zank in zagotavlja hitro obnovitev. Ima visoko kompleksnost konfiguracije, vendar ponuja nizke strojne zahteve in stroške.
pogosta vprašanja
- V: Kateri protokol naj izberem za svoje omrežje?
- A: Izbira protokola je odvisna od vaših posebnih omrežnih zahtev. VPC je primeren za visoko razpoložljivost s srednjo kompleksnostjo, medtem ko zlaganje ponuja enostavno uporabo z nizko kompleksnostjo. STP je stroškovno učinkovit, vendar ima zahtevnejšo konfiguracijo.
- V: Ali lahko STP doseže nič izpadov?
- A: STP lahko doseže nič izpadov v aktivnem/pasivnem načinu med slojem stikala za dostop in končnimi napravami, vendar je priporočljivo, da se izognete delovanju STP zaradi aktivne/pasivne redundance.
Koncepti redundance za hierarhična stikalna omrežja
Vprašanje visoke razpoložljivosti je eden najpomembnejših vidikov pri načrtovanju zanesljivega stikalnega omrežja. Napake zaradi napačne konfiguracije pogosto povzročijo okvaro celotne komunikacijske infrastrukture. Posledice vključujejo ogromne stroške spremljanja in izpade proizvodnje. Z dobrim načrtovanjem redundantna povezava stikal po celotnem omrežju zmanjša ta tveganja za okvaro in poveča razpoložljivost omrežij.
Ta dokument vas obvešča o najpomembnejših protokolih za redundanco v omrežjih in vam ponuja nprampkako lahko izgleda zelo razpoložljivo trinivojsko ali dvonivojsko omrežje.
Ta članek je del serije "Switching Solutions".
Kliknite na ikone, če želite izvedeti več o informacijah, ki so na voljo pri LANCOM:
- Osnove
- Osnove
- Vodnik za oblikovanje
- Vodnik za namestitev
- Vodnik za namestitev
- Vodnik za namestitev
Trije koncepti redundance VPC, zlaganje in STP
Če stikalo povežete z dvema različnima stikaloma v sloju združevanja/distribucije ali osnovnem sloju nad njim, uporaba skupin za združevanje povezav (LAG) povzroči izjemno visoko razpoložljivost (HA) in praktično neprekinjeno delovanje omrežja. Pomemben dejavnik pri tem je uporaba mehanizmov za preprečevanje zank. Za povezovanje dveh stikal v omrežje so na voljo različne rešitve redundance, vključno s protokolom vpetega drevesa (STP), ki je manj učinkovit, in boljšimi možnostmi, kot je kanal virtualnih vrat (VPC) ali zlaganje.
Razlike med tremi protokoli VPC, zlaganjem in STP vključujejo zapletenost konfiguracije, čas izpadov ob ponovnem zagonu stikal in stroške potrebnih stikal.
Kanal virtualnih vrat (VPC)
VPC spada v družino Multi-chassis Etherchannel [MCEC] in je zato znan tudi kot MC-LAG (Multi-Chassis Link Aggregation Group). Zaradi visokih zahtev glede strojne opreme je to stroškovno najintenzivnejša od treh redundantnih rešitev in se zato običajno uporablja v velikih omrežnih infrastrukturah. Za izboljšanje odpornosti na napake z redundanco ta virtualizacijska tehnologija omogoča, da sta dve med seboj povezani stikali prikazani kot ena virtualna povezava. VPC ima naslednje lastnosti:
- Redundanca in uravnoteženje obremenitve: S pomočjo svoje enakovredne povezave stikala v virtualni skupini VPC nenehno izmenjujejo pomembne informacije o omrežju, vključno s tabelami MAC. Vsako enakovredno stikalo obdela polovico količine podatkov iz dostopne plasti (aktivna/aktivna tehnologija). V nasprotju z zlaganjem ostajajo neodvisni primerki in le povezana vrata virtualizirajo recipročno redundanco.
- 100-odstotni čas delovanja s hitro konvergenco: V primeru okvare naprave ali spremembe omrežja VPC hitro znova izračuna omrežne poti. To odpravi eno samo točko okvare, kar ima za posledico hitrejšo obnovitev storitve. Druga naprava v gruči VPC obravnava ves promet in ohranja omrežje aktivno. To velja ne glede na to, ali je napako naprave povzročila okvara ali namerna zaustavitev, na primer med posodobitvijo vdelane programske opreme (In-Service Software Upgrade, ISSU). S tem dosežemo 100% čas delovanja omrežja od jedra do končnih naprav.
- Neodvisno upravljanje: Z vidika tretje naprave enakovredna povezava povzroči, da so stikala videti kot ena sama dostopna točka logične povezave ali vozlišče plasti 2. Tretja naprava je lahko stikalo, strežnik ali druga osnovna omrežna naprava dostopne plasti, ki podpira združevanje povezav. Kot je navedeno zgoraj, enakovredna stikala ostajajo neodvisno upravljane naprave, ki jih je mogoče znova zagnati ali posamično posodobiti.
- Povečana pasovna širina: Združevanje enakovredne povezave (aktivno/aktivno) poveča pasovno širino in prepustnost med napravami.
- Enostavnejša topologija omrežja: Ker VPC omogoča LAG med omrežnimi plastmi, zmanjša potrebo po STP, ki se uporablja v tradicionalnih omrežjih L2 za preprečevanje zank.
- Podpora za naprave, ki ne podpirajo VPC: VPC omogoča končnim napravam ali omrežnim komponentam, ki ne podpirajo VPC, povezavo z okoljem VPC, s čimer se poveča združljivost in prilagodljivost omrežja.
- Visokozmogljiva strojna oprema stikala: VPC postavlja visoke zahteve na strojno opremo stikala, ki mora podpirati protokol VPC. To lahko omeji izbiro naprav, zlasti na ravni dostopa, in je lahko drago.
Zlaganje
Sklad je skupina stikal, ki se fizično obnašajo kot ena naprava. Vse naprave v skladu morajo imeti enake vmesnike za zlaganje (vrata) in biti opremljene z enako različico vdelane programske opreme. Podobno kot pri ohišju ali rezinskem sistemu vrata za zlaganje upravljajo ves podatkovni promet v strojni opremi s protokoli, optimiziranimi za ta namen.
Tehnologijo zlaganja lahko povzamemo na naslednji način:
Konfiguracija skoraj plug-&play
- Layer-2 poenostavitev: Zlaganje si lahko predstavljamo kot hrbtno ploščo posameznih stikal, povezanih prek kablov, ki je konfigurirani protokoli sloja 2 ne prepoznajo kot povezavo. To omogoča hkratni prenos omrežnega prometa prek več povezav, s čimer se poveča prepustnost.
- Ni potrebno usmerjanje plasti 3: Inteligentna distribucija podatkovnega toka znotraj sklada ne zahteva usmerjanja plasti 3, ker notranji protokoli zlaganja obravnavajo povezave, kot je opisano zgoraj.
- Hitro preklapljanje in skoraj neprekinjeno posredovanje: Zahvaljujoč tehnologijam hitrega zaznavanja in obnovitve povezav se povezave skladov v primeru okvare prenesejo na druga stikala s pomočjo »hitless failover«, tj. brez izgube podatkov.
- Brez nadgradnje programske opreme med uporabo: SlabosttagPri zlaganju je, da morajo zložena stikala med posodobitvijo vdelane programske opreme prekiniti povezavo, kar pomeni, da 100-odstotni čas delovanja ni zagotovljen med posodobitvami programske opreme ali ponovnim zagonom. Kljub temu lahko to možnost obravnavamo kot alternativo VPC, kadar se uporabljajo vzdrževalna okna. Med delovanjem aktivno/aktivno delovanje doseže največji pretok podatkov med plastjo jedra in končne naprave.
Protokol vpetega drevesa (STP)
Tehnične razlike med trenutnimi standardi vpetega drevesa MSTP (Multi-STP, IEEE 802.1s) in RSTP (RapidSTP, IEEE 802.1w) tukaj niso obravnavane. Namesto tega se sklicujemo na ustrezno literaturo. Medtem ko sta VPC in zlaganje osredotočena na fizično redundanco in uravnoteženje obremenitve, STP zagotavlja logično rešitev za preprečevanje okvar omrežja zaradi zank in zagotavljanje hitre obnovitve.
Od treh tukaj predstavljenih protokolov ima STP najbolj zahtevno konfiguracijo. Čeprav lahko STP doseže nič izpadov v aktivnem/pasivnem načinu med plastjo stikala za dostop in končnimi napravami, se je treba delovanju STP izogibati zaradi aktivne/pasivne redundance. Vendar pa STP ponuja napredektagv nekaterih scenarijih:
- Kjer omejitve, povezane z gradnjo, omejujejo število možnih povezav, je STP idealna alternativa. To zmanjša tveganje za nastajanje zank, zlasti v načinu odjemalskega dostopa.
- S svojimi skromnimi strojnimi zahtevami lahko protokol podpirajo tudi osnovna stikala, zaradi česar je STP zelo stroškovno učinkovita rešitev.
Podporni protokoli LACP, VRRP, DHCP rele in usmerjanje L3
Poleg že omenjenih treh protokolov, ki pomembno določajo celoten koncept stikalnega omrežja, so za naslednji opis scenarija pomembni nadaljnji protokoli.
Skupina združevanja povezav (LAG) in protokol za nadzor združevanja povezav (LACP)
Tehnologija za izvajanje združevanja povezav in izravnave obremenitve se imenuje LAG (Link Aggregation Group). LAG dinamično združuje številne fizične povezave med omrežnimi napravami v eno samo logično povezavo.
LACP je akronim za »Link Aggregation Control Protocol«. Kot del globalnega standarda IEEE 802.1AX (združevanje povezav) je LACP protokol za samodejno konfiguracijo in vzdrževanje skupin združevanja povezav. LACP uporablja LACPDU-je (podatkovni paketi LACP, načelo zahteve-odgovora) kot avtomatiziran mehanizem pogajanj med dvema ali, pri uporabi VPC ali zlaganja, več omrežnimi napravami, tako da se lahko logično združena povezava samodejno oblikuje in zažene glede na njeno konfiguracijo. LACP je odgovoren tudi za vzdrževanje statusa povezave in stalno izmenjavo informacij o podatkovnih paketih. Zato se dinamično odziva na spremembe v omrežju brez potrebe po ponovni konfiguraciji.
LANCOM Techpaper – Koncepti redundance za hierarhična stikalna omrežja
uporablja eno od dveh fizičnih povezav, pri čemer se druga vedno uporablja samo za vzpostavitev povezave.
Protokol redundance virtualnega usmerjevalnika (VRRP)
VRRP je standardiziran omrežni protokol plasti 3, ki uporablja redundanco in uravnoteženje obremenitve za zagotavljanje samodejnega dodeljevanja in dinamičnega preklopa, da ostanejo na voljo usmerjevalniki ali v tem primeru stikala, ki podpirajo usmerjanje. To zagotavlja razpoložljivost omrežja, zlasti za varnostno kritične storitve, z brezhibnim prehodom na rezervno napravo. V zelo velikih omrežjih (campuporablja z več kot 10,000 vrati), je mogoče poenostaviti tudi koncept usmerjanja, zahtevan na ravni 3, saj je mogoče dve napravi v VRRP virtualizirati kot en sam privzeti prehod.
DHCP rele
Ker imajo dvonivojska ali trinivojska omrežja običajno ločen strežnik DHCP na visoko zmogljivi strojni opremi, je pomembno, da so stikala na ravni združevanja/distribucije in dostopa konfigurirana z posrednikom DHCP. To posreduje zahteve DHCP centraliziranemu strežniku DHCP in preprečuje konflikte naslovov IP.
Usmerjanje plasti 3
Usmerjevalne funkcije so nujne za izvajanje varnosti in možnosti nadzora dostopa, dinamične rasti omrežja in dobre stabilnosti (forwarding vs. flooding) preko logičnega in predvsem učinkovitega ločevanja podomrežij. Da bi zagotovili, da vsako stikalo ve, kateri usmerjevalnik naj uporabi, se ustvari usmerjevalna tabela, ki služi kot "baza podatkov naslovov", ki je ves čas veljavna. Dinamično usmerjanje zagotavlja, da lahko vsi "usmerjevalniki", tj. stikala, ki podpirajo raven 3 (L3), komunicirajo med seboj in neodvisno gradijo to usmerjevalno tabelo. To pomeni, da se pot podatkovnega prometa znotraj omrežja nenehno dinamično nastavlja, kar zagotavlja najboljše delovanje omrežja. Običajni metodi usmerjanja sta OSPFv2/v3 in BGP4, čeprav se prvi na splošno uporablja samo v notranjih omrežjih.
Example scenariji za redundantna stikalna omrežja
Zdaj, ko smo seznanjeni s protokoli in njihovo osnovno funkcijo, preidimo na njihovo uporabo v example scenariji z modeli iz Portfelj stikal LANCOM.
LANCOM tehnični papir – Koncepti redundance za hierarhična stikalna omrežja
Bivšiampprikazane le-te obravnavajo trinivojska stikalna omrežja. Če vam zadostuje dvonivojsko omrežje s plastmi združevanja/distribucije in dostopa, lahko osrednjo plast izpustite. Opisane rešitve ostajajo veljavne in se lahko obravnavajo kot priporočila za praktično uporabo.
Scenarij 1: stikalno omrežje s 100-odstotnim časom delovanja z dostopnimi stikali, ki podpirajo VPC
Ta scenarij je primeren za velika podjetja in campomrežij z visokimi zahtevami glede redundance. Največje število dostopnih vrat s 100% redundanco je pribl. 60,000.
V primeru jedrnega stikala z 32 vrati se ena vrata običajno uporabljajo za povezavo navzgor, npr. do podatkovnega centra/WAN, drugih 2 do 8 pa je rezerviranih za VPC, ki ponuja redundanco in zmogljivost. Torej s 6 povezavami VPC ostane 25 vrat. Na ravni združevanja/distribucije so povezana redundantna stikala s po 48 vrati. Ti pa se lahko povežejo s stikali na ravni dostopa, pri čemer ima vsako največ 48 vrat. Posledica tega je
25x48x48= 57,600 vrat
Za izvedbo tega scenarija morajo biti vsa stikala od jedra do ravni dostopa zmožna VPC. Čeprav to omejuje potencialno število stikal, princip aktivno/aktivno omogoča visoke pasovne širine v kombinaciji s 100-odstotnim časom delovanja. Poleg tega funkcija posodobitve programske opreme med uporabo (ISSU) izpolnjuje najvišje zahteve za razpoložljivost omrežja.
Ta scenarij je idealen za nova, kmalu izdana in najmočnejša stikala LANCOM, kot so jedrno stikalo LANCOM CS‑8132F, stikalo za združevanje/distribucijo LANCOM YS‑7154CF kot tudi dostopovna stikala serije XS‑4500 . Serija XS‑4500 prvič omogoča povezavo dostopnih točk, ki podpirajo Wi-Fi 7, kot je LANCOM LX‑7500.
Stikala na vsaki omrežni plasti so povezana prek 100G VPC peer povezav. Nižje plasti so nato redundantno povezane prek LAG s 100G ali 25G, odvisno od vrat za povezavo navzgor dostopnih stikal. Prav tako je mogoče videti, da so stikala jedrnega sloja v skupini VPC konfigurirana z VRRP. To pomaga poenostaviti kasnejšo konfiguracijo usmerjanja na nižjih ravneh, saj stikala, ki podpirajo VPC, ohranijo svoje ustrezne naslove IP in šele VRRP jih nato poenostavi na enega samega v skupni rabi. Posledično se zdi, da so stikala v jedru in ravni združevanja/distribucije iz ravni dostopa en sam usmerjevalni prehod L3. Niso prikazani pomožni protokoli DHCP rele in dinamično usmerjanje, kot je OSPF. Te je treba konfigurirati in uporabljati v skladu s predvideno funkcijo, da bo segmentacija omrežja z VLAN čim enostavnejša.
Na ravni končnih naprav, prikazanih tukaj nprample z dostopnimi točkami je popolna redundanca na voljo z napravami, opremljenimi z dvema vmesnikoma Ethernet. Ker dostopovna stikala LANCOM vsebujejo tako imenovano »non-stop PoE«, je napajanje povezanih naprav neprekinjeno tudi v primeru ponovnega zagona ali posodobitve stikala, dokler obstaja druga alternativna podatkovna pot.
Scenarij 2: Zanesljivo preklopno omrežje s kombinacijo VPC in zlaganja
Ta scenarij se osredotoča na stroške na pristanišče. Če je možno, da dostopna plast deluje z vzdrževalnimi okni, je ta scenarij z zlaganjem na dostopni plasti priporočena metoda. V nasprotju s prvim scenarijem lahko sloj združevanja/distribucije tukaj deluje nprample LANCOM XS‑6128QFin dostopna plast lahko deluje bolj stroškovno učinkovito GS‑4500 namesto serije XS‑4500. Ker je zdaj mogoče načrtovati z do osmimi stikali v skladu na ravni dostopa, se število vrat poveča na največ 460,800 vrat (25*48*48*8). To znatno poveča število vrat, hkrati pa ohranja sprejemljivo raven redundance in skoraj 100-odstotno delovanje omrežja (ob predpostavki, da obstaja vzdrževalno obdobje).
Zaradi zelo velikega števila vrat usmerjevalna protokola L3 VRRP in ARF (Napredno usmerjanje in posredovanje) priporočamo za osrednji sloj. VPC ostaja v jedru in na ravni združevanja/distribucije in tako, kot v prvem scenariju, izpolnjuje pomemben pristop ISSU na obeh ravneh. Namesto VPC je zlaganje redundančna rešitev, ki se uporablja na ravni dostopa, kar poveča število stikal za dostop, ki jih je mogoče uporabiti iz portfelja LANCOM. Podobno kot v prvem scenariju, DHCP rele in LAG ostanejo v uporabi med plastmi. Zaradi omejitev zlaganja je za posodobitev vdelane programske opreme stikalnega sklada potreben približno petminutni izpad, zaradi česar je treba načrtovati obdobje vzdrževanja.
Scenarij 3: Stroškovno optimizirano stikalno omrežje s kombinacijo VPC in STP
V tem scenariju je konfiguracija jedra in sloja združevanja/distribucije z VPC in LAG enaka kot prej. Samo uporabljena stikala LANCOM, kot npr LANCOM XS‑5116QF in LANCOM GS‑3652XUP, zagotavljajo različne hitrosti navzgornje povezave.
Na ravni dostopa je STP konfiguriran namesto VPC ali zlaganja. To ima prednosttage, da protokol zahteva le skromno zmogljivost strojne opreme, kar dodatno poveča izbiro izvedljivih dostopovnih stikal (npr. Serija LANCOM GS‑3600). Vendar ima STP le omejen obseg uporabe zaradi aktivno/pasivnega principa in težavne konfiguracije.
V nadaljevanju predstavljamo dve tipični bivšiampza ponazoritev uporabe STP.
Scenarij 3.1: STP na decentralnih mestih
Dva sklopa stikal za združevanje/distribucijo je treba razumeti kot dve neodvisni enoti na različnih lokacijah. Z uporabo LACP in STP, konfiguriranega na njem, sta oba sklada zdaj povezana s hrbtenico, ki vsebuje tudi prehod v WAN. Če povezava z desnega sklada do prehoda WAN ne uspe—nprample, zaradi nepredvidenih dogodkov—sklad lahko še vedno usmerja v WAN prek levega sklada, ne da bi bilo mesto popolnoma odrezano. Dokler ni napake, ostane srednja povezava med skladi neaktivna. Na ravni dostopa je priporočilo za ta scenarij še vedno uporaba LACP namesto STP.
Scenarij 3.2: STP s številnimi kaskadnimi stikali za dostop
Ta scenarij je idealen, ko je proračun omejen, vendar je treba še vedno uvesti veliko število vrat za dostop. Zniževanje stroškov je pogosto usmerjeno v sklad združevalnih stikal, ker se ni mogoče izogniti velikemu številu stikal za dostop. Za ohranitev določene količine redundance je na ravni dostopa konfiguriran obroč, ki zahteva aktivacijo STP. Tukaj je možno vzpostaviti tudi dvojne povezave preko LACP. Vendar pa lahko to tukaj zaradi stroškovnega vidika tudi izpustimo.
Zaključek
Z razširitvijo njihovega portfelja na osrednjo plast je LANCOM postal vse na enem mestu za vse, ki načrtujejo ali upravljajo campnaša omrežja.
Tudi če ti scenariji ne morejo odražati vseh možnih zasnov omrežja, ti nprampdaj dobroview kaj je mogoče doseči s stikali za jedro, združevanje/distribucijo in dostop LANCOM. S tukaj predstavljenimi koncepti redundance VPC, zlaganjem in STP je mogoče najti najboljšo rešitev za katero koli omrežno zahtevo glede na aplikacijo in proračun.
Ali nameravate vzpostaviti ali razširiti vaše omrežje s stikali LANCOM?
Izkušeni tehniki LANCOM in strokovnjaki naših sistemskih partnerjev vam bodo pomagali pri načrtovanju, namestitvi in delovanju zasnove omrežja LANCOM, ki temelji na potrebah in je visoko zmogljiva ter pripravljena na prihodnost.
Imate vprašanja o naših stikalih ali iščete prodajnega partnerja LANCOM? Pokličite nas:
Prodaja v Nemčiji
+49 (0)2405 49936 333 (D)
+49 (0)2405 49936 122 (AT, CH)
LANCOM Systems GmbH
Podjetje Rohde & Schwarz Adenauerstr. 20/B2
52146 Wuerselen
Nemčija
info@lancom.de
LANCOM, LANCOM Systems, LCOS, LANcommunity in Hyper Integration so registrirane blagovne znamke. Vsa druga uporabljena imena ali opisi so lahko blagovne znamke ali registrirane blagovne znamke njihovih lastnikov. Ta dokument vsebuje izjave v zvezi s prihodnjimi izdelki in njihovimi lastnostmi. LANCOM Systems si pridržuje pravico, da jih spremeni brez predhodnega obvestila. Brez odgovornosti za tehnične napake in/ali pomanjkljivosti. 06/2024
Dokumenti / Viri
 |
Koncepti redundance LANCOM za hierarhična stikalna omrežja [pdf] Uporabniški priročnik Koncepti redundance za hierarhična stikalna omrežja, koncepti za hierarhična stikalna omrežja, hierarhična stikalna omrežja, stikalna omrežja, omrežja |
