分层交换网络的 LANCOM 冗余概念
产品信息
规格:
- 产品名称：LANCOM 技术论文 – 分层交换网络的冗余概念
- 涵盖的协议：VPC、堆叠、STP
- 主要焦点：交换机网络中的冗余和高可用性
产品使用说明
虚拟端口通道 (VPC)：
VPC 侧重于物理冗余和负载均衡，确保高可用性。配置复杂度中等，对硬件要求高，成本高。
堆叠：
堆叠几乎提供了即插即用的冗余功能，且配置复杂度较低。它具有中等硬件要求和成本。
生成树协议 (STP)
STP 提供了一种避免因环路导致网络故障的逻辑解决方案，并确保快速恢复。它的配置复杂度较高，但对硬件的要求和成本较低。
常问问题
- 问：我应该为我的网络选择哪种协议？
- A：协议的选择取决于您的具体网络要求。VPC 适用于高可用性和中等复杂度，而堆叠则提供易用性和低复杂度。STP 具有成本效益，但配置更费力。
- 问：STP 能实现零停机时间吗？
- A: STP 可以在接入交换机层和终端设备之间以主动/被动模式实现零停机，但建议避免因主动/被动冗余而导致的 STP 操作。
分层交换网络的冗余概念
高可用性问题是规划可靠交换机网络时最重要的方面之一。由于配置错误而导致的故障通常会导致整个通信基础设施瘫痪。其后果包括巨大的后续成本和生产停工。通过良好的规划，整个网络中交换机的冗余连接可最大限度地降低故障风险并提高网络的可用性。
本文向您介绍了网络冗余中最重要的协议，并为您提供了示例amp高可用性三层或两层网络如何出现。
本文是“切换解决方案”系列文章的一部分。
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三个冗余概念 VPC、堆叠和 STP
通过将交换机连接到其上方的聚合/分布层或核心层中的两个不同交换机，使用链路聚合组 (LAG) 可实现极高的可用性 (HA) 和几乎不间断的网络运行。这里的一个重要因素是使用环路预防机制。有各种冗余解决方案可用于联网两个交换机，包括效率较低的生成树协议 (STP)，以及更好的选择，例如虚拟端口通道 (VPC) 或堆叠。
VPC、堆叠和 STP 这三种协议之间的差异包括配置的复杂性、重新启动交换机时的停机时间以及必要交换机的成本。
虚拟端口通道 (VPC)
VPC 属于多机箱以太通道 [MCEC] 系列，因此也称为 MC-LAG（多机箱链路聚合组）。由于对硬件的要求很高，它是三种冗余解决方案中成本最高的，因此通常用于大型网络基础设施。为了通过冗余提高容错能力，这种虚拟化技术使两个互连的交换机显示为一个虚拟链路。VPC 具有以下属性：
- 冗余和负载平衡： 虚拟 VPC 组中的交换机使用对等链路不断交换有关网络的重要信息，包括 MAC 表。每个对等交换机处理来自接入层的一半数据量（主动/主动技术）。与堆叠相比，它们仍然是独立的实例，只有连接的端口才能虚拟化相互冗余。
- 通过快速融合实现 100% 正常运行时间：如果发生设备故障或网络变更，VPC 会快速重新计算网络路径。这样可以消除单点故障，从而加快服务恢复速度。VPC 集群中的另一台设备会处理所有流量并保持网络活跃。无论设备故障是由缺陷还是故意关闭（例如固件更新期间，即在线软件升级，ISSU）引起的，都是如此。这样可实现从核心到终端设备的 100% 网络正常运行时间。
- 独立管理：从第三台设备的角度来看，对等链路使交换机看起来像单个逻辑链路接入点或第 2 层节点。第三台设备可以是交换机、服务器或其他支持链路聚合的底层接入层网络设备。如上所述，对等交换机仍然是可独立管理的设备，可以单独重新启动或更新。
- 增加带宽： 捆绑对等链路（主动/主动）可增加设备之间的带宽和吞吐能力。
- 更简单的网络拓扑： 由于 VPC 支持网络层之间的 LAG，因此它减少了对 STP 的需求（STP 在传统 L2 网络中用于避免环路）。
- 支持非 VPC 设备： VPC可以使不具备VPC功能的终端设备或网络组件连接到VPC环境，从而提高网络的兼容性和灵活性。
- 高性能交换机硬件： VPC 对交换机硬件的要求很高，交换机必须支持 VPC 协议。这会限制设备的选择，尤其是在接入层，而且成本较高。
堆叠
堆叠是一组物理上表现为单个设备的交换机。堆叠中的所有设备必须具有相同的堆叠接口（端口）并配备相同的固件版本。与机箱或刀片系统类似，堆叠端口使用为此目的优化的协议在硬件中处理所有数据流量。
堆叠技术可以概括如下：
几乎即插即用的配置
- 第 2 层简化：堆叠可以想象为通过电缆连接的各个交换机的背板，但配置的第 2 层协议不会将其识别为连接。这允许网络流量同时通过多个连接传输，从而最大限度地提高吞吐量。
- 无需第 3 层路由： 堆栈内数据流的智能分配不需要第 3 层路由，因为内部堆栈协议会按照上述方式处理连接。
- 快速故障转移和几乎不间断的转发：得益于快速检测和链路恢复技术，在发生故障时，堆栈连接将通过“无中断故障转移”转移到其他交换机，即不会丢失数据。
- 无需在线软件升级：缺点tag堆叠的缺点是堆叠交换机在固件更新期间必须离线，即在软件更新或重启期间不能保证 100% 正常运行时间。不过，当使用维护窗口时，此选项可以被视为 VPC 的替代方案。在操作期间，主动/主动操作可在核心层和终端设备层之间实现最大数据吞吐量。
生成树协议 (STP)
当前生成树标准 MSTP（Multi-STP，IEEE 802.1s）和 RSTP（RapidSTP，IEEE 802.1w）之间的技术差异在此不作讨论。相反，我们参考相关文献。虽然 VPC 和堆叠侧重于物理冗余和负载平衡，但 STP 提供了一种逻辑解决方案，可避免因环路导致网络故障并确保快速恢复。
在本文中介绍的三种协议中，STP 的配置最为繁琐。尽管 STP 可以在接入交换机层和终端设备之间实现主动/被动模式下的零停机时间，但由于主动/被动冗余，应避免使用 STP 操作。但是，STP 确实提供了优势tag在某些情况下：
- 当施工限制限制了可能的连接数量时，STP 是理想的替代方案。这可以最大限度地降低形成环路的风险，尤其是在客户端访问模式下。
- 由于对硬件的要求不高，即使是入门级交换机也能支持该协议，这使得 STP 成为一种非常经济高效的解决方案。
支持协议 LACP、VRRP、DHCP 中继和 L3 路由
除了已经提到的三种协议（它们在很大程度上决定了交换网络的整体概念）之外，其他协议对于以下场景描述也很重要。
链路聚合组 (LAG) 和链路聚合控制协议 (LACP)
实现链路聚合和负载均衡的技术叫作LAG（Link Aggregation Group），LAG将网络设备之间的多条物理连接动态地捆绑为一条逻辑连接。
LACP 是“链路聚合控制协议”的缩写。作为全球标准 IEEE 802.1AX（链路聚合）的一部分，LACP 是一种用于自动配置和维护链路聚合组的协议。LACP 使用 LACPDU（LACP 数据包，请求-响应原则）作为两个或多个（当使用 VPC 或堆叠时）网络设备之间的自动协商机制，以便可以根据其配置自动形成和启动逻辑分组的链路。LACP 还负责维护链路状态并不断交换有关数据包的信息。因此，它可以动态地对网络变化做出反应，而无需重新配置。
LANCOM 技术论文 – 分层交换网络的冗余概念
使用两个物理连接中的一个，另一个仅用于建立连接。
虚拟路由器冗余协议（VRRP）
VRRP 是一种标准化的 3 层网络协议，它使用冗余和负载平衡来提供自动分配和动态故障转移，以保持路由器（或在本例中为支持路由的交换机）可用。这通过无缝过渡到备份设备来确保网络可用性，尤其是对于安全关键服务。在非常大的网络中（camp对于端口超过 10,000 个的使用情况，第 3 层所需的路由概念也可以简化，因为 VRRP 中的两个设备可以虚拟化为单个默认网关。
DHCP中继
由于两层或三层网络通常在高性能硬件上具有单独的 DHCP 服务器，因此聚合/分布层和接入层的交换机必须配置 DHCP 中继代理。这将 DHCP 请求转发到集中式 DHCP 服务器并防止 IP 地址冲突。
第 3 层路由
路由功能对于实现安全性和访问控制选项、网络动态增长和良好的稳定性（转发与泛洪）至关重要，这通过逻辑且最重要的是高效的子网分离实现。为了确保每个交换机都知道要使用哪个路由器，需要创建一个路由表，该表充当始终有效的“地址数据库”。动态路由确保所有“路由器”（即具有第 3 层功能的交换机 (L3)）可以相互通信并独立构建此路由表。这意味着网络内数据流量的路由始终处于动态设置状态，从而确保最佳网络性能。常见的路由方法是 OSPFv2/v3 和 BGP4，尽管前者通常仅用于内部网络。
Examp冗余交换机网络场景
现在我们已经熟悉了协议和它们的核心功能，现在我们继续讨论它们在 ex 中的应用。ample 场景与模型 LANCOM 交换机产品组合.
LANCOM 技术论文 – 分层交换网络的冗余概念
前任amp所示内容涉及三层交换机网络。如果具有聚合/分布层和接入层的两层网络对您来说就足够了，则可以省略核心层。所描述的解决方案仍然有效，可以视为实际应用的建议。
场景 1：具有 VPC 功能接入交换机的 100% 正常运行时间交换机网络
此场景适合大型企业和amp我们具有高冗余度要求的网络。100%冗余度的最大接入端口数约为60,000个。
对于具有 32 个端口的核心交换机，通常使用一个端口用于上行链路，例如到数据中心/WAN，另外 2 到 8 个端口保留用于提供冗余和性能的 VPC。因此，在 6 个 VPC 连接中，剩余 25 个端口。在聚合/分布层上，连接了每个具有 48 个端口的冗余交换机。反过来，这些交换机可以连接到接入层的交换机，每个交换机最多具有 48 个端口。这导致
25x48x48= 57,600 个端口
为了实现此方案，从核心到接入层的所有交换机都必须具备 VPC 功能。虽然这限制了交换机的潜在数量，但主动/主动原则可实现高带宽和 100% 正常运行时间。此外，在线软件更新 (ISSU) 功能可满足网络可用性的最高要求。
此方案非常适合即将发布的全新、功能最强大的 LANCOM 交换机，例如核心交换机 LANCOM CS-8132F、聚合/分发交换机 LANCOM YS-7154CF 以及 XS-4500 系列接入交换机。XS-4500 系列首次支持连接支持 Wi-Fi 7 的接入点，例如 LANCOM LX-7500。
每个网络层的交换机都通过 100G VPC 对等链路连接。然后，根据接入交换机的上行链路端口，通过 LAG 以 100G 或 25G 冗余连接较低层。还可以看到，VPC 组中的核心层交换机配置了 VRRP。这有助于简化较低层的后续路由配置，因为启用 VPC 的交换机保留各自的 IP 地址，只有 VRRP 才能将这些 IP 地址简化为单个共享 IP 地址。因此，从接入层来看，核心层和聚合/分布层的交换机似乎是单个 L3 路由网关。图中未显示辅助协议 DHCP 中继和动态路由（如 OSPF）。应根据其预期功能配置和使用这些协议，以尽可能简化使用 VLAN 进行网络分段。
在终端设备层面，例如ample 接入点，配备两个以太网接口的设备可实现完全冗余。由于 LANCOM 接入交换机具有所谓的“不间断 PoE”功能，因此，只要有第二条备用数据路径，即使交换机重启或交换机更新，连接设备的电源也不会中断。
场景二：VPC+堆叠的可靠交换机网络
此方案侧重于每个端口的成本。如果接入层可以使用维护窗口，则建议使用此方案在接入层进行堆叠。与第一种方案相比，此处的聚合/分布层可以运行amp乐的 LANCOM XS‑6128QF，接入层可以操作更具成本效益 GS‑4500 而不是 XS‑4500 系列。由于现在可以在接入层规划最多 460,800 个交换机堆叠，因此端口数量最多可增加到 25 个端口 (48*48*8*100)。这显著增加了端口数量，同时保持了可接受的冗余度和接近 XNUMX% 的网络正常运行时间（假设有维护窗口）。
由于端口数量非常多，L3 路由协议 VRRP 和 ARF（高级路由和转发) 建议用于核心层。VPC 保留在核心层和聚合/分布层，因此，与第一种方案一样，在两个层上都实现了重要的 ISSU 方法。堆叠是接入层使用的冗余解决方案，而不是 VPC，这增加了可以从 LANCOM 产品组合中使用的接入交换机的数量。与第一种方案类似，DHCP 中继和 LAG 仍在各层之间使用。由于堆叠的限制，交换机堆栈的固件更新需要大约五分钟的停机时间，因此有必要规划维护窗口。
场景三：VPC+STP组合成本优化的交换机网络
在此场景中，具有 VPC 和 LAG 的核心和聚合/分布层的配置与以前相同。仅使用 LANCOM 交换机，例如 LANCOM XS‑5116QF 和 LANCOM GS‑3652XUP，提供不同的上行速度。
在接入层，配置STP，而不是VPC或堆叠。这具有tag该协议只需要适度的硬件性能，这进一步增加了可行接入交换机的选择（例如 LANCOM GS‑3600 系列）然而，由于 STP 的主动/被动原理以及繁琐的配置，其使用范围十分有限。
下面我们介绍两个典型的示例amples 来说明 STP 的使用。
场景 3.1：去中心化站点的 STP
两个聚合/分布交换机堆栈应理解为位于不同位置的两个独立单元。使用 LACP 和在其上配置的 STP，两个堆栈现在都连接到主干网，主干网还包含通向 WAN 的网关。如果从右侧堆栈到 WAN 网关的连接失败（例如amp例如，由于不可预见的事件，堆栈仍可通过左侧堆栈路由到 WAN，而无需完全切断站点。只要没有错误，堆栈之间的中间连接就会保持不活动状态。在接入层，对于这种情况的建议仍然是使用 LACP 而不是 STP。
场景 3.2：具有多个级联接入交换机的 STP
当预算有限但仍需要实现大量接入端口时，此方案是理想的。成本削减通常针对聚合交换机的堆叠，因为无法避免大量接入交换机。为了保留一定量的冗余，在接入层配置了一个环，这需要激活 STP。这里也可以通过 LACP 建立双连接。但是，由于成本方面的原因，这里也可以省略这一点。
结论
通过扩展其产品组合以涵盖核心层，LANCOM 已成为任何规划或管理 c 的人的一站式商店amp我们的网络。
即使这些场景不能反映所有可能的网络设计，这些示例amp莱斯给予一个很好的view LANCOM 核心、聚合/分布和接入交换机可以实现的功能。借助此处介绍的冗余概念 VPC、堆叠和 STP，可以根据应用和预算找到满足任何网络需求的最佳解决方案。
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