1.3 网络冗余链路的管理_通信网络设备-QQ阅读男生轻小说网

书名：通信网络设备
作者名：张秀群主编
本章字数：3824字
更新时间：2020-08-27 23:43:25

1.3 网络冗余链路的管理

冗余链路会造成网络环路，当交换网络中出现环路会产生广播风暴、多帧复制和MAC地址表不稳定等现象，严重影响网络正常运行。某信息公司最近出现网络不稳定现象，经工程师检查发现是网络中存在的冗余链路造成的，本节主要学习如何管理网络中存在的冗余链路问题。

1.3.1 链路聚合

1.链路聚合的概念

链路聚合也称为端口聚合，是将多个端口聚合在一起，如图1-46所示。链路聚合可以实现链路备份、增加链路带宽及其数据的负载能力。

图1-46 链路聚合

2.链路聚合的基本配置

配置链路聚合命令如表1-14所示。

表1-14 配置链路聚合命令

配置链路聚合时，要注意组内的端口号必须连续，但对起始端口无特殊要求。

在系统视图下进行配置时，其中命令参数含义如下：

Port_num1：端口聚合组的起始端口号；

port_num2：端口聚合组的结束端口号；

ingress：接口入负荷分担方式；

both：接口出/入负荷分担方式；

master_port_num：接口聚合的主接口号，即聚合组中接口号最小的以太网物理接口；

all：删除所有聚合端口。

3.Quidway S3026简单组网案例

如图1-47所示为一简单组网案例，它主要实现的目标是：

PC A和PC C同属于一个VLAN 2且能相互通信。

PC B和PC D同属于另一个VLAN 3且能相互通信。

两台S3026用两根100Mb/s网线通过Trunk链路互连，并使用端口聚合功能增加链路带宽。

图1-47 简单组网案例

配置VLAN：SwitchA & SwitchB

[SwitchA]vlan 2
[SwitchA-vlan2]port ethernet 0/1
[SwitchA-vlan2]vlan 3
[SwitchA-vlan3]port ethernet 0/2

配置接口

[SwitchA-Ethernet0/23]speed 100
[SwitchA-Ethernet0/23]duplex full
[SwitchA-Ethernet0/23]port link-type trunk
[SwitchA-Ethernet0/23]port trunk permit vlan 2 to 3
[SwitchA-Ethernet0/24]speed 100
[SwitchA-Ethernet0/24]duplex full
[SwitchA-Ethernet0/24]port link-type trunk
[SwitchA-Ethernet0/24]port trunk permit vlan 2 to 3

配置端口聚合

[SwitchA]link-aggregation ethernet 0/23 to ethernet 0/24 both

设置主机IP地址

然后配置端口，SwitchA和SwitchB各自的Port23、Port24工作在Trunk方式下，并允许端口通过VLAN2、VLAN3的数据帧，这四个端口设置完全一样，其他全采用默认设置。配置命令如下（SwitchB的配置与SwitchA相同）：

[SwitchB-Ethernet0/23]speed 100
[SwitchB-Ethernet0/23]duplex full
[SwitchB-Ethernet0/23]port link-type trunk
[SwitchB-Ethernet0/23]port trunk permit vlan 2 to 3
[SwitchB-Ethernet0/24]speed 100
[SwitchB-Ethernet0/24]duplex full
[SwitchB-Ethernet0/24]port link-type trunk
[SwitchB-Ethernet0/24]port trunk permit vlan 2to 3

最后在系统视图下配置端口聚合，配置命令如下：

[SwitchB]link-aggregation Ethernet 0/23 to Ethernet 0/24 both

1.3.2 生成树协议

1.网络中存在的单点故障及解决办法

网络中的单点故障可导致网络的无法访问。如图1-48所示，一旦交换机1出现故障，PC A到服务器的通信将不能进行。因此网络构建中通常通过在网络中提供冗余链路来解决单点故障问题，如图1-49所示，Switch1到Switch2的链路出现故障，PC A将无法通过Switch1到Switch2再到服务器的链路进行通信，但是可以通过Switch1到Switch3再到服务器的链路进行通信。

虽然冗余链路可以解决单点故障问题，但问题也随之而来，冗余链路会造成网络环路，当交换网络中出现环路会产生广播风暴、多帧复制和MAC地址表不稳定等现象，严重影响网络正常运行，下面分别进行介绍。

图1-48 网络中存在的单点故障

图1-49 冗余链路解决单点故障问题

2.冗余链路引发的问题

（1）广播风暴

广播风暴是指由于网络中的广播过多导致网络拥塞。交换机的所有端口都属于同一个广播域，因此广播风暴将影响与交换机相连的所有设备。引起广播风暴的主要原因是网络适配器的工作不正确或网络设计不当等。产生广播风暴的网络模型如图1-50所示。

图1-50 广播风暴

图1-50中产生广播风暴的过程如下。

如果PC A发送一个广播帧，Switch1收到一个广播帧，下面的过程①～⑥会被反复执行：

①Switch1 向端口4转发广播帧；

②Switch2 通过端口6收到广播帧；

③Switch2 向端口8转发广播帧；

④Switch3 通过端口14收到广播帧；

⑤Switch3 向端口20转发广播帧；

⑥Switch1 通过端口11再次收到原来的广播帧，从①开始重复以上过程。

结果就是网络会被这一帧及无穷的副本淹没，这种现象被称为广播风暴。

（2）多帧复制和MAC地址表不稳定

下面仍以图1-50为例说明多帧复制的情况。

PC A发送一个广播帧，Switch1将收到一个复制帧，并将其加入自身的缓冲区中。

如果Switch1查看这个帧目标地址字段，并发现在MAC地址表中没有相应的条目，将把数据帧从除入端口之外的所有端口转发出去。

Switch2和Switch3收到Switch1转发过来的数据帧复制后，如果发现其MAC地址表中也没有对应的地址条目，Switch2和Switch3将继续将数据帧复制从非入端口进行转发。这就是所谓的多帧复制现象，当同一个数据帧的多个复制通过不同的端口进行交换时，将导致MAC地址表的不稳定。

（3）环路问题的解决——生成树协议

①生成树协议简介

生成树协议（Spanning-tree protocol）是由IEEE802.1d标准定义的，生成树协议的作用是为了提供冗余链路，解决网络环路问题，其基本思想是通过SPA（生成树算法）在一个含有物理环路的交换网络上生成一个没有环路的逻辑网络。STP在后台运行监视着网络，当主要链路正常时，断开备份链路，如图1-51所示；当主要链路出现故障时，能够自动切换到备份链路，如图1-52所示，以保证网络的正常通信。

图1-51 主要链路正常时，断开备份链路

图1-52 主要链路出故障时，自动启用备份链路

②生成树协议工作过程

a.交换网络中所有交换机共同选举一台设备为根交换机（Root Bridge），如图1-53所示。

b.所有非根交换机选择一条到达根交换机的最短路径，如图1-54所示。

c.所有非根交换机产生一个到达根交换机的端口-根端口（Root Port），如图1-55所示。

d.每个LAN都会选择一台设备为指定交换机，通过该设备的端口连接到根，该端口为指定端口（Designated port），如图1-56所示。

图1-53 选举根交换机

图1-54 确定最短路径

图1-55 非根交换机到根交换机的根端口

图1-56 指定端口

图1-57 根端口和指定端口设为转发状态

e.将交换网络中所有设备的根端口（RP）和指定端口（DP）设为转发状态（Forwarding），将其他端口设为阻塞状态（Blocking），如图1-57所示。

生成树经过一段时间（默认值是50s左右）稳定之后，所有端口或进入转发状态，或进入阻塞状态。

生成树端口状态有4种：

①阻塞（Blocking）：不转发帧，监听BPDU。当交换机启动后，所有端口在默认状态下处于阻塞状态。

②侦听（Listening）：查看、发送和接收BPDU，以确定最佳网络连接，确保在传送数据帧之前网络上没有环路。

③学习（Learning）：学习MAC地址，建立过滤表，但不转发数据帧。这种状态表明端口正为传输做准备，获悉网段上的地址，以防止形成不必要的广播。

④转发（Forwarding）：能在端口上发送和接收数据。

小提示：

（1）BPDU（网桥协议数据单元）

运行生成树算法的交换机使用BPDU（网桥协议数据单元）的多播消息的特殊数据帧，每隔一定的时间（默认值为2s）同其他交换机交换BPDU消息，用于检测生成树的状态，通过生成树算法得到生成树。BPDU包含了根信息、端口信息、本交换机信息等。

（2）IEEE 802.1w——快速生成树协议

生成树的不足在于端口从阻塞状态进入转发状态必须经历两倍的Forwarding Delay时间，如果网络中的拓扑结构变化频繁，网络会频繁地失去连通性。

快速生成树协议RSTP（Rapid Spannning Tree Protocol）是STP协议的优化版，RSTP协议在STP协议基础上做了改进，具有STP的所有功能，可以实现快速收敛（最快1s以内），这样，在某些情况下，端口进入转发状态的延时大大缩短，从而缩短了网络最终达到拓扑稳定所需要的时间。

3.生成树协议的配置

STP基本配置命令如表1-15所示。

表1-15 STP基本配置命令

需要注意的是，STP算法的开销非常大，如果在一个确信没有环路和错误存在的网络中完全没有必要启用STP算法。但是要注意，在网络中设置环路并不一定是错误的举措，为了备份我们只能这样做，如果启用了STP，当某环路中正在使用的一条链路断（DOWN）掉了，STP会自动启用另一条以前被阻塞掉的链路。

1.3.3 某信息公司网络冗余链路的管理

1.交换机的端口捆绑技术（Trunk）

某信息公司，他们原有一台中心交换机（百兆速度），后来他们又购买了一台交换机，通过级联技术与中心交换机进行百兆连接，随着网络的不断扩大，二级网络机与中心交换机的百兆速度已形成了网络瓶颈，因此要提高二级交换机与中心交换机的速度，但又不想重新购买设备，可以通过如下交换技术来解决这一问题：

第一步：搭建实验环境。

画出简单网络拓扑图，如图1-58所示。并注明每个网络设备所规划的IP地址。将交换机1的端口1、2和交换机1、2的端口1，通过交叉网线级联在一起，形成两条级联线路，同时，交换机1的任意一个端口连接主机A，交换机2的任意端口连接主机B。观察交换机上的指示灯是否为常亮，如不亮，再次检查电缆是否连接正确，或者更换电缆网线。