局域网交换机实施冗余和负载均衡（初级篇）
yungame 2019-11-04
看起来是很爽了，实际上问题是大大的，比如图1，如果交换机A、B之间的4个端口都处于转发状态，而此时下联的任意某台PC发出一个广播包，会怎么样？很悲催！由于交换机两条线路形成了环路，并且交换机端口又不能隔离广播包，所有的端口都会无条件的转发这个广播包，从而造成广播风暴，最终会导致网络资源耗尽，交换机死机。。。（你也可能会被XX骂一顿）
为了解决交换网络实施冗余导致的环路，大拿们开发了STP（Spanning Tree Protocol）生成树协议，它的原理说起来也很简单，把环路中的某一个端口关闭掉（阻塞），从而解决环路；当未阻塞的链路（主线）出现故障的时候，再把阻塞的那个端口打开，从而启动备线，这样就实现了冗余，但是，同一时刻只能用一条线传输数据（还剩下一半的悲催）。
当然，即使开启了STP（一般交换机都是默认开启），你可能还是会被XX骂！因为：第一，你浪费了一条线的资源，虽然实现了冗余，但是未能负载均衡；第二，图-2中，核心之间的链路被阻塞了，而下行的两条链路却是转发的，这个算是哪门子的备份？（我们应该实现的是下行的两条链路之间的备份）
对于图一的问题，如果我们是chunǚ座的，有严重的强迫症（前提还要有钱），我们设施了大量冗余，然而永远只有一条链路处于可用状态（图-3）：
对于这样的冗余网络，我们建议实施以太信道—EtherChannel，它可以把最多8条相同的链路捆绑（虚拟）成一条，而对于STP来说，只认虚拟后的链路，既然只有一条链路，就不存在阻塞端口了。至于这些链路在EtherChannel中如何分配流量，这和STP已经没有关系了，所以实施EtherChannel既可以防止环路，又可以实现带宽的提升，还可以实现自动负载均衡，好处太多。
EtherChannel有思科私有的PAGP协议，也有标准化的LACP协议，两者差别很小，但是互相不兼容。以下是图-3实施思科PAGP的过程和效果：
A(config)#inter range fa0/1-4 A(config-if-range)#shut #关闭端口后再做以太信道的配置 A(config-if-range)#swi mo trunk #配置中继 A(config-if-range)#channel-protocol pagp #思科默认就是PAGP协议，可以不写 A(config-if-range)#channel-group 1 mode desirable #配置主动模式 A(config-if-range)#no shut B(config)#inter range fa0/1-4 B(config-if-range)#shut B(config-if-range)#swi mo tr B(config-if-range)#channel-protocol pagp B(config-if-range)#channel-group 1 mode auto #配置被动模式 B(config-if-range)#no shut
从拓扑的灯状态已经看到，所有的链路都已经处于转发状态（绿灯），我们也可以通过查看STP状态来验证：
话再说回来，对于图二，不但默认选择的阻塞链路有问题，而且由于要实现备份的两条链路分别是连接不同的核心交换机，无法直接实施EtherChannel，又该怎么办呢？
在思科设备上，不论是开启哪种（新旧版本）生成树，都可以实现，如图-2，如果有两个以上的VLAN，可以让不同VLAN的根部署在不同的核心交换机上，从而让阻塞的端口分布在不同的下行链路上。
以下是以思科交换机为例，实施基于VLAN的RSTP负载均衡的配置以及结果：
CORE-1(config)#vlan 2 CORE-1(config-vlan)#vlan 3 CORE-1(config-vlan)#inter g0/1-2 CORE-1(config-if-range)#swi trunk encapsulation dot1q #三层交换机先配置封装协议 CORE-1(config-if-range)#swi mo tr #配置中继 CORE-2(config)#vlan 2 CORE-2(config-vlan)#vlan 3 CORE-2(config-vlan)#inter g0/1-2 CORE-2(config-if-range)#swi trunk encapsulation dot1q CORE-2(config-if-range)#swi mo tr A-1(config)#vlan 2 A-1(config-vlan)#vlan 3 A-1(config-vlan)#inter range g0/1-2 A-1(config-if-range)#swi mo tr A-1(config-if-range)#inter fa0/1 A-1(config-if)#swi mo acc A-1(config-if)#swi acc vlan 2 A-1(config-if)#inter fa0/2 A-1(config-if)#swi mo acc A-1(config-if)#swi acc vlan 3 CORE-1(config)#spanning-tree mode rapid-pvst #配置快速STP，思科叫RPVST CORE-1(config)#spanning-tree vlan 2 root primary #配置VLAN2的主根 CORE-1(config)#spanning-tree vlan 3 root secondary #配置VLAN3的备根 CORE-2(config)#sp m r CORE-2(config)#span vlan 3 roo pri CORE-2(config)#span vlan 2 roo sec A-1(config)#sp m r
验证拓扑中灯的状态：
注意，如果是华为设备，由于STP和RSTP不支持基于VLAN的STP负载均衡，所以要启用MSTP才能实现。
对于图-2的拓扑，大家还要了解一个技术，思科Nexus交换机上支持vPC，全称是Virtual Port-Channel，是一种支持跨设备进行链路捆绑的协议，也就是允许一个设备使用2个上游的设备端口来实现Port Channel，这样是不是更厉害了？当然不是所有设备都支持这种高级功能的，你懂的。
文章篇幅有限，详细的STP、EtherChannel的原理和配置，可以参考《网络工程师小白入门》专栏：思科、华为配置对比入门，结合wireshark抓包讲解，一学三用！
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