分布式链路聚合技术及其应用.doc

分布式链路聚合技术及其应用摘要：分布式链路聚合技术实现多个数据终端设 备上任意链路之间的业务互为备份和负载分担，同时 实现节点保护功能该技术是链路聚合技术发展的新 阶段，易于实现和升级，极大提高了现有技术在链路 备份、负载分担、节点保护、故障隔离、业务倒换方 面的能力关键词：分布式链路聚合；节点保护；链路备份； 业务保护链路聚合技术已在2000年左右在IEEE802.3ad完 成标准化，后由802.1AX标准对该技术的模型、操作、 控制协议以及管理进行全面规范该技术可以将数据 终端设备和数据终端设备之间的多条全双工点到点链 路聚合起来形成一个链路聚合组（LAG）上层功能模 块则可以将链路聚合组当成一条逻辑链路使用，从而 达到平滑扩展链路带宽的目的，同时LAG组的物理链 路之间互为备份提高了链路可靠性链路聚合技术采用链路聚合控制协议来管理链路 配置并在链路间分布负载，它在增加数据终端设备之 间的连接带宽、实现传输链路的弹性和冗余方面起到 了重要的作用随着网络的进一步发展，传统的链路聚合技术由 于LAG组成员无法跨节点进行链路捆绑，逐渐无法满 足现网应用的需求,因此需要一种分布式LAG技术（如 图1所示）来实现跨节点的链路负载备份。

1应用场景及需求分析1.1应用场景1：城域以太网如图2所示,在城域以太网通用架构规范（MEF4） 中，两个城域以太网业务提供商的网络设备和以太网 业务的分界点被定义为外部网络间接口（ENNI）0 ENNI 是连接两个网络管理域之间的参考点，也是某管理域 的边界点对于某一个管理域来说，ENNI是所连接的 另一个管理域的唯-」参考点ENNI可以由一条或多条物理链路来实现，MEF的 规范中要求当ENNI由多条物理链路来实现时,则采用 LAG来进行链路的冗余保护当ENNI 一端的城域网外 部边界由两个或两个以上的节点组成时，ENNI实际上 是由一个互连区域来实现（如图3所示）采用互连区 域实现ENNI除了可以应付链路失效的情况，还可以提 供节点失效保护，更进一步提高了 ENNI的可靠性，如 图3所示为一个经过冗余ENNI的E-LINE业务已有 的LAG技术无法满足该组网需求，需采用分布式LAG 技术实现⑴1.2应用场景2：移动回程网如图4所示，在长期演进（LTE）移动回程网中, 可以采用eNodeB连接分组传送网（PTN）二层网络, 再由PTN连到路由器，从而连接到服务网关（S-GW） 和移动管理实体（MME）的方式组网，路由器作为 eNodeB、S-GW和MME的三层网关。

路由器和PTN 之间通常采用双节点多链路互联来提高可靠性，若采 用传统路由和以太网技术，需要设计十分复杂的故障 检测、故障联动和倒换同步机制，对设备能力和网络 维护都带来很大的压力这种组网场景下，采用分布 式的LAG技术可以很好地解决多节点多链路互备保护 和同步的问题，并大大简化路由器和PTN之间的组网 图4所示的虚线方框为四节点的互连区域，对PTN下 挂的eNodeB来说，两台路由器必须等同于同一个网 关，而对于S-GW和MME来说，两台路由器还是各自 独立的［2］1.3应用场景3：云计算数据中心如图5所示，在云计算数据中心网络内部通常采 用大二层三级组网模式：接入层由架顶交换机组成， 以连接数十台服务器或者内置Blade Switch的服务器 网络出口，架顶交换机与汇聚层交换机通过双归方式 进行互连；核心层是网络的L2/L3分割点，是服务器 的三层网关，通过部署MC-LAG、vPC、虚拟路由器冗 余协议+多生成树协议(VRRP+MSTP)等提供网关备份 和流量的负荷分担这些技术的实现、网络规划和运 营比较复杂如果采用分布式LAG技术,可以在接入、 汇聚、核心层交换机之间升级LAG技术，实现链路与 网关节点保护和流量的负载分担，克服传统技术存在 的扩展性差和带宽利用率低等问题⑶。

2 LAG技术原理及实现分布式LAG技术，指LAG组的两端可以终结在一 个或多个数据终端设备上，即增加了跨节点的能力， 同时兼容原有的链路聚合技术的所有功能和能力如图1所示，如果LAG的一端是由多个聚合系统 组成，则这一端称为门户(Portal),即在分布式链路 聚合模型中，LAG —端的单个聚合系统被一个Portal 取代了除了继承原链路聚合所能提供的能力外，分布式 LAG还能提供：?兼容性多系统门户可以连接单系统门户或者传 统的聚合系统管理隔离分布式LAG所连接的两个网络属于 不同的管理域，运行不同的故障恢复协议管理独立分布式链路聚合协议并不取代分布式 LAG两端的两个网络内部的控制协议互连网络的故障隔离一个网络内的链路或节点 的故障或恢复，由本网络内的控制协议动作与通过分 布式链路聚合组连接的另一网络内的控制协议相互隔 离网络和分布式LAG互连区域的故障隔离门户 间的聚合链路故障、恢复对其连接的两个网络内部来 说是透明的快速故障恢复门户内的系统间通过内部通信协 商快速响应故障或恢复分发独立满足自身网络需求的帧分发算法和在 聚合组内帧分发到各聚合链路的分发算法不同2.1分布式链路聚合模型为了能让两个或多个系统的链路加入到一个分布 式LAG中，每个门户内的每个系统都需要通过分布式 中继互连起来。

门户内的每个系统（为了区分传统聚 合组的系统,这里称为门户系统）运行链路聚合协议， 每个门户系统对应一个聚合器通过分布式中继连接 多个聚合系统形成门户系统作为链路聚合组的一端 从链路聚合组的另一端来看，该链路聚合组终结在一 个模拟系统端原则上，分布式中继支持任意多的门户系统互连，但这需要引入一些协议处理每一个链 路聚合功能均包括一个或多个媒体接入控制（MAC） [4]0 为了能更好地描述分布式中继，这里用示例来说明如图6所示，系统A和系统B都可以执行上 层功能，这里的上层功能可以是某些帧的转发功能， 如路由器或交换机系统A和系统B都独自运行了链 路聚合子层假设现在我们需要将系统A和系统B上 的链路聚合关联起来形成一个门户，系统A和系统B 上的聚合链路形成一个聚合组这时我们就需要用到 分布式中继，如图7所示，通过分布式中继，使得系 统A和系统B呈现出存在第3个模拟系统C模拟系 统C和系统A或系统B之间是上层功能层和链路聚合 层之间的虚拟链路连接起来，即本端的系统A和系统 B模拟成为了一个模拟系统C聚合组的另一端门户 或系统是和系统C连接的，系统C是存在的分布式中继依据的原则有：?模拟系统C上的分布式中继是一个N +1端口中 继（N为门户内的系统个数），即N个网关端口和一 个模拟链路聚合子层。

图7中包括了 2个用于连接门 户系统的网关端口以及1个模拟链路聚合子层聚合端口移到了模拟系统上，对于其他系统来说, 这些聚合端口是对等的分布式中继网关是虚拟连接，它将分布式中继连 接到系统上系统A和系统B的实际结构如图8所示，每个系 统A和系统B都有自己的分布式中继功能模块，用于 实现分布式中继分布式中继的原则是：?系统A和系统B中和系统C关联的端口均移到 分布式中继功能的链路聚合子层下面分布式中继功能和上层功能层间有虚拟链路，称 为网关链路每对分布式中继功能间由内连链路（IPL）连接， 而IPL终结在分布式中继功能上的内连端口（IPP）上有一个网关算法用于决定帧从哪个网关链路进 入/离开模拟分布式中继有一个端口算法用于决定从哪个门户系统中的 聚合端口进入/离开模拟分布式中继分布式中继功能用于在网关链路、IPL和链路聚 合子层间传送帧2.2会话感知的帧分发与收集LAG聚合器的帧分发器负责根据帧分发算法将聚 合器客户层所发送的帧发送到正确的聚合端口上，帧 收集器则负责将从各个聚合端口上收到的帧发送给聚 合器客户层LAG聚合器的帧分发器和帧接收器也可以按会话 的方式实现帧的接收和分发会话就是一组需要保持 其序列的帧，在分布式链路聚合技术中，会话标志是 一个12位的数值，代表一组帧，因此每一个帧都有一 个对应的会话标志。

会话标志可以依据帧携带的C-tag> S-tag>l-tag等标签的值或经过映射处理之后的值确定会话标志可以分为网关会话标志和端口会话标志, 每个帧对应一个网关会话标志和端口会话标志对于 下行流量（从网关链路到聚合链路），则依据帧的端口 会话标志来进行帧的分发；对于上行流量（从聚合链 路到网关），则依据帧的网关会话标志来进行帧的分发 一般来说，网关会话标志和端口会话标志可以是一样 的因此有如下一些要求：?链路聚合协议数据单元（LACPDU）中需要携带 能指明帧分发器所用的分发算法信息帧分发器给每个帧分配一个端口会话ID,并按 照端口会话ID给每个帧分配一个聚合端口帧接收器和帧分发器执行一样的帧映射会话ID 的算法 LACPDU中携带相应信息用于说明帧分发器会 将哪些会话ID分发到哪些聚合端口上帧接收器将从聚合端口上接收到的帧按分发算 法进行计算，将本不应通过该聚合端口的会话丢弃通过这种帧收集器仅能从某特定聚合端口上接收 某特定会话的方式可以保证帧的不乱序因此对于分 布式链路聚合来说，一个门户内的多个系统上的接收 器需要统一协商确定某会话仅能从某一个聚合端口上 接收帧收集器根据分发算法获取帧的端口会话ID,并 判断此会话是否应该从接收该帧的端口上收到，如果 信息吻合，则该会话则会被上送到客户侧端口。

实现会话感知的帧分发和收集需要扩展链路汇聚 控制协议(LACP)协议，对每个聚合端口来说，LACP 协议需要维护协商一致的配置信息、与对端系统交互 配置信息来验证每端口会话ID配置选择的一致性、以 及依据从对端系统链路聚合控制实体所获得的信息来 使能或禁用基于端口会话ID的聚合器帧收集和帧分 发其中一种会话感知的流量分发算法为按帧所属业 务来划分会话按帧业务来确定会话ID来进行流量分 发，可以实现：?CFM 一致性连通性错误管理(CFM)的检测帧 和数据平面一致按业务帧分发方式可以保证CFM帧 和数据帧走同一条物理链路双向同路对于一个特定的业务流量，其在聚合 组的两端向聚合链路上发的时候使用的是同一条物理 链路，从而保证了在链路发生故障需要切换时，受影 响的业务最少；也给那些需要在发送和接收路径严格 对称的协议(如IEEE 1588协议)提供支持入口的可预测性o有时需要按业务对入口流量进 行测量将一个业务的流量限制在一条链路上，可以 方便这一动作的执行按业务分发可以应用在分布式中继和/或聚合器 上在使能了这种分发方式后，帧按照其帧中的Tag 来分发到不同的物理聚合链路上Tag的格式包括了 IEEE802.1Q-2011 中定义的几种 Tag：?用户 VLAN Tag (C-TAG ) 0?业务VLAN Tag或者骨干VLAN Tag (S-TAG或者 B-TAG ) o?骨干业务实例Tag (l-SID)o2.3分布式中继转发原理如果采用了会话感知的帧分发方式，帧分发器、 帧接收器和分布式中继功能都会查看帧的Tag。

如果 是封装了上述几种Tag类型，则会根据这些Tag来决 定其对应的业务ID如果帧没有封装Tag,则其对应 的业务ID为Oo门户系统中的分布式中继功能有3种类型的端口： ?IPPo IPP指同一个门户内的门户系统间IPL 两端的端口虚拟网关端口虚拟网关端口通过一条虚拟链路 连接到分布式中继功能所在的门户系统聚合器端口聚合器下面有多个聚合端口分布式中继用于将从聚合端口上收到的帧（上行 帧）发送到一个网关，或者丢弃；同时，将从一个网 关收到的帧（下行帧）发送到一个聚合端口，或者丢 弃为了转发到。