Agregacja Łączy

Wąskie gardła przepustowości i redundancja

W sieci korporacyjnej wiele komputerów może być podłączonych do przełącznika dostępowego, który korzysta z jednego kabla uplink do przełącznika dystrybucyjnego. To łącze przenosi ruch wszystkich podłączonych użytkowników i tworzy dwa problemy:

• Ograniczenie przepustowości: Przy 24 użytkownikach z połączeniami 1 Gb/s i jednym uplinkiem 1 Gb/s do rdzenia uplink ogranicza sumę ruchu przechodzącego do reszty sieci. Ruch nie może przekroczyć przepustowości tego jednego łącza. Zastąpienie go połączeniem 10 Gb/s może wymagać nowych portów, modułów oraz okablowania.
• Pojedynczy punkt awarii: Awaria kabla uplink albo portu odcina przełącznik dostępowy oraz podłączonych użytkowników od reszty sieci. Brak redundancji nie zapewnia zapasowej drogi dla tego ruchu.

Dodanie drugiego, równoległego łącza fizycznego między przełącznikami zwiększa liczbę dostępnych dróg. Przy równoległych, niezagregowanych łączach Protokół Drzewa Rozpinającego (STP) utrzymuje topologię bez pętli. Równoległe łącza mogą wtedy zostać potraktowane jako redundantne i część z nich pozostaje zablokowana. Daje to zapasową drogę, lecz nie wykorzystuje obu łączy do bieżącego przenoszenia ruchu. LAG pozwala przedstawić kilka połączeń jako jeden logiczny port dla STP.

Agregacja łączy i grupa LAG

Agregacja łączy łączy kilka fizycznych połączeń sieciowych w jeden logiczny interfejs. Grupa może zapewnić większą łączną przepustowość oraz odporność na awarię pojedynczego członka między dwoma urządzeniami, zwykle przełącznikami, serwerami lub routerami.

Dwa łącza 1 Gb/s mogą działać jako członkowie jednej grupy o łącznej teoretycznej przepustowości 2 Gb/s. Przełącznik przedstawia grupę jako jeden logiczny port, więc STP może traktować ją jako pojedynczą ścieżkę. Pojedynczy przepływ nadal może korzystać tylko z jednego członka, zależnie od algorytmu dystrybucji. W dokumentacji spotyka się następujące nazwy:

• EtherChannel: Nazwa rozwiązania agregacji używana przez Cisco.
• Port trunking lub port teaming: Terminy spotykane w dokumentacji producentów. Port trunking bywa też określeniem trunku VLAN, więc zakres znaczeniowy zależy od kontekstu.
• Link Aggregation Group (LAG): Nazwa grupy używana w standardzie IEEE.
• IEEE 802.3ad i 802.1AX: 802.3ad był wcześniejszym standardem agregacji łączy, który definiował LACP, a 802.1AX określa aktualny standard.

Skutki zastosowania agregacji łączy

Agregacja łączy wpływa na przepustowość grupy oraz dostępność połączenia:

1. Większa łączna przepustowość:

   Członkowie LAG udostępniają swoje pojemności grupie. Dwa łącza 1 Gb/s dają 2 Gb/s łącznej teoretycznej przepustowości, a cztery łącza 10 Gb/s dają 40 Gb/s. Wartości te opisują sumę dla wielu przepływów. Pojedyncza sesja może zostać przypisana do jednego portu przez algorytm równoważenia obciążenia. Rzeczywista przepustowość zależy od narzutów ramek, obciążenia urządzeń i sposobu wyboru członka. Jeśli urządzenie ma wolne porty, takie zwiększenie przepustowości nie wymaga od razu wymiany pojedynczego portu na szybszy standard.

2. Dostępność grupy i redundancja:

   Grupa może pozostać użyteczna po awarii jednego członka, jeśli platforma dopuszcza pracę z pozostałą liczbą portów. Po wykryciu uszkodzenia urządzenie wycofuje port z dystrybucji i kieruje nowe ramki do pozostałych członków. Czas reakcji zależy od warstwy fizycznej, LACP oraz ustawienia minimalnej liczby aktywnych łączy. STP traktuje działającą grupę jako jeden port logiczny, więc jej zmiana nie wymaga wyboru osobnej ścieżki dla każdego kabla. Usługa może jednak odczuć utratę części dostępnej przepustowości.

Dystrybucja ruchu w grupie LAG

LAG nie przypisuje zwykle jednej dużej transmisji do wszystkich członków równocześnie. Przykładowy LAG 2x1 Gb/s może mieć 2 Gb/s łącznej przepustowości, lecz pojedynczy przepływ pliku często pozostaje na jednym łączu.

Pojedyncza sesja lub przepływ między dwoma urządzeniami jest zwykle wysyłany przez jednego członka LAG. Przełącznik musi deterministycznie wybrać port, aby ramki należące do tego samego przepływu zachowały kolejność. Służy do tego algorytm równoważenia obciążenia.

Algorytm odczytuje wybrane pola z nagłówka ramki i przekazuje je do funkcji haszującej, a wynik wykorzystuje do wyboru fizycznego łącza z LAG. Dostępne pola zależą od platformy i trybu równoważenia:

• Źródłowy adres MAC: Przy wyborze opartym wyłącznie na źródle ruch od jednego komputera trafia do tego samego członka.
• Docelowy adres MAC: Przy wyborze opartym wyłącznie na celu ruch do jednego komputera trafia do tego samego członka.
• Źródłowy i docelowy adres MAC: Para adresów może deterministycznie wybrać jeden członek dla danego kierunku ruchu.
• Źródłowy i docelowy adres IP: Kryterium warstwy 3 rozdziela przepływy między różnymi parami adresów.
• Źródłowe i docelowe numery portów TCP/UDP: Kryterium warstwy 4 pozwala różnym aplikacjom między tymi samymi hostami wybrać różne członki LAG, zależnie od implementacji.

Wymagania implementacyjne i protokoły

IEEE 802.1AX opisuje agregację równoległych, pełnodupleksowych połączeń punkt-punkt działających z tą samą szybkością. Konfiguracja urządzeń musi także zachować zgodność parametrów:

• Ta sama prędkość: Porty w LAG muszą pracować z tą samą szybkością. Nie łączy się w jednej grupie portu 100 Mb/s z portem 1 Gb/s.
• Ten sam tryb dupleksu: Członkowie grupy pracują w tym samym trybie, zwykle pełnodupleksowym. LACP nie tworzy grupy z portów półdupleksowych.
• Połączenie punkt-punkt: Członkowie łączą te same dwa systemy i tworzą równoległe ścieżki między nimi.
• Spójna konfiguracja: Porty po obu stronach muszą mieć zgodne parametry warstwy 2, na przykład członkostwo VLAN lub ten sam zakres VLAN na trunku.

LAG wymaga konfiguracji po obu stronach. Interfejs logiczny przejmuje funkcje wspólnego portu, takie jak adresacja warstwy 3 albo parametry VLAN, zależnie od trybu pracy urządzenia. Stan grupy należy sprawdzać osobno dla każdego członka, partnera i dla interfejsu logicznego. Warto odróżnić port fizycznie aktywny od członka faktycznie przekazującego ramki. Dostępne są dwa podstawowe podejścia:

1. Konfiguracja statyczna (on): Administrator przypisuje porty do EtherChannel na obu urządzeniach. Tryb nie wymienia stanu partnera i nie wskazuje błędu okablowania lub niezgodności konfiguracji.
2. Dynamiczne protokoły negocjacji: Protokół negocjacji pozwala przełącznikom wymieniać informacje, sprawdzać zgodność i dodawać albo usuwać porty po zmianie stanu. W sprzęcie Cisco i w implementacjach zgodnych ze standardem spotyka się:
   • PAgP (Port Aggregation Protocol): Protokół opracowany przez Cisco.
   • LACP (Link Aggregation Control Protocol): Standard IEEE opisany pierwotnie w 802.3ad i obecnie w 802.1AX, przeznaczony do współpracy urządzeń różnych producentów.