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交换机三大虚拟化技术--VRRP、堆叠、M-LAG

 

交换机在层次化组网应用中多采用核心、汇聚、接入三层网络结构,往往一个核心设备出现故障会引起网络中断,为了减少网络的中断时间而做出冗余,这种情况下出现了交换机虚拟化。交换机虚拟化技术,既可以在逻辑上集成多台物理连接的交换机,实现拓宽虚拟交换机带宽、提升转发效率的目的,也可以在逻辑上将一台物理交换机虚拟为多台虚拟交换机,实现业务隔离、提升可靠性的目的。

交换机目前有三大主流虚拟化技术:VRRP、堆叠、M-LAG。

一、VRRP:虚拟路由冗余协议

虚拟路由冗余协议(VRRP):

通过几台设备联合组成一台虚拟的路由设备,将虚拟路由设备的IP地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信。

正常情况下,主设备负责转发数据流,当主设备出现故障时,会选择备组里优先级较高的设备作为主设备继续负责转发数据,实现网关冗余备份,同时达到链路冗余功能。
 

VRRP的工作过程如下:

1、VRRP备份组中的设备根据优先级选举出Master。Master设备通过发送免费ARP报文,将虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机,从而承担报文转发任务。

2、Master设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文,以公布其配置信息(优先级等)和工作状况。

3、如果Master设备出现故障,VRRP备份组中的Backup设备将根据优先级重新选举新的Master。

4、VRRP备份组状态切换时,Master设备由一台设备切换为另外一台设备,新的Master设备会立即发送携带虚拟路由器的虚拟MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文,刷新与它连接的主机或设备中的MAC表项,从而把用户流量引到新的Master设备上来,整个过程对用户完全透明。

5、原Master设备故障恢复时,若该设备为IP地址拥有者(优先级为255),将直接切换至Master状态。若该设备优先级小于255,将首先切换至Backup状态,且其优先级恢复为故障前配置的优先级。

6、Backup设备的优先级高于Master设备时,由Backup设备的工作方式(抢占方式和非抢占方式)决定是否重新选举Master。
抢占模式:在抢占模式下,如果Backup设备的优先级比当前Master设备的优先级高,则主动将自己切换成Master。
非抢占模式:在非抢占模式下,只要Master设备没有出现故障,Backup设备即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master设备。

 

二、堆叠技术

堆叠(iStack)是将多台交换机通过堆叠线缆连接在一起,使多台设备在逻辑上变成一台交换设备,作为一个整体参与数据转发。
 

堆叠的作用:

1、扩展端口数量

当接入的用户数增加到原交换机端口密度不能满足接入需求时,可以通过增加新的交换机并组成堆叠而得到满足。

2、扩展带宽

当交换机上行带宽增加时,可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统,将成员交换机的多条物理链路配置成一个聚合组,提高交换机的上行带宽。

3、提高可靠性

当堆叠系统中一台设备的上行链路故障,通过该设备的流量可经过堆叠链路进行转发。

 

三、M-LAG

M-LAG(Multichassis Link Aggregation Group)即跨设备链路聚合组,是一种实现跨设备链路聚合的机制。如下图所示,将两台交换机通过peer-link链路连接并以同一个状态和主机进行链路聚合协商,从而把链路可靠性从单板级提高到了设备级。
 

 

M-LAG的作用:

1、负载分担

M-LAG双活系统在接入设备双归接入场景下,接入设备通过Eth-Trunk的方式接入到M-LAG设备组,M-LAG的成员设备接收到接入设备通过链路捆绑负载分担发送的流量后,共同进行流量转发。

2、提高可靠性

M-LAG接入普通以太网场景,由于M-LAG主设备的上行链路故障,通过M-LAG主设备的流量均经过peer-link链路进行转发。

 

VRRP技术、堆叠以及M-LAG虚拟化技术对比及适用场景:
 

  优点 缺点 应用场景
VRRP 网络设备冗余、可靠性高 配置复杂、网络建设投入成本高,不能充分发挥设备的网络性能 银行、证券、政府内网
堆叠 简化本地网络管理节点、易维护,同时增加系统端口密度和带宽,充分发挥设备性能 缺点就是可靠性不高,堆叠系统分裂、系统升级都会影响业务中断     广泛应用于企业、教育
M-LAG 网络可靠性非常高,设备控制层面独立,能单独设备升级且不影响业务,充分发挥设备性能 管理节点多(控制层面无法虚拟化) 银行、证券、数据中心(双规场景)