核心多层交换设备的冗余备份

1、课程设计报告20092010学年第二学期题目名称：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导教师：完成日期：二O年六月三十日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 一、问题背景概述1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 二、协议分析说明分析1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.2需解决的问题1 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 2.3重点和难点2 HYPERLINK l bo

2、okmark30 o Current Document 三、实现条件及系统解决方案2 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.1系统实现条件/环境配置说明2 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3.2系统解决方案3 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 四、实验方案设计及实现4 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 4.1实验方案设计说明4 HYPERLINK l bookmark65 o Current D

3、ocument 4.2实验步骤/实现过程说明4 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 【实现步骤】4 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 五、方案分析评估8 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 5.1和其他备选方案的分析比较8 HYPERLINK l bookmark117 o Current Document 5.2方案评估分析9 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 六、前景展望9 HYPERLIN

4、K l bookmark126 o Current Document 6.1本课题的不足之处和可改进之处9 HYPERLINK l bookmark129 o Current Document 6.2技术前景展望/下一步的工作10 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 负载均衡技术前景展望10一、问题背景概述最初的生成树协议是旧M在“黑暗时代”创建的，并且被IEEE制定为802.1D标准。生成树协议从一开始 就是一个薄弱的环节，并且在90年代很快陷入了“非常令人讨厌”的境地。当时，网络设计师都热衷于VLAN聚 合。这个问题简单地说就是根据源路由网

5、桥思路设计的生成树协议没有很好地兼顾通过一个物理连接的多个虚 拟网络的不同路径的机制。这个结果就是为已经很痛苦的缓慢的收敛时间增加了更多的混乱。为了解决这些问 题，一些厂商对这个协议进行了修改，显著减少了收敛时间，但是却增加了复杂性并且影响了故障检查。不过，好消息是在上世纪末IEEE提出了 802.1s和802.1w的建议。这两个标准的建议在2002年至2003 年获得了批准。这些标准通过增加多重VLAN功能和消除了基本的生成树算法提高了性能。这些新的标准实际 上是把自己转变为一种以连接为对象的协议而不是以前的老式协议。在老式协议中，交换机只广播网桥协议数 据单元并且等待这些数据到期，并没有确

6、认收到。这是路由选择信息协议和开放式最短路径优先(OSFP)协议在 概念和收敛的相对时间方面的区别。采用两台交换机组成一个局域网，由于很多数据流量是跨过交换机进行转发的，因此需要提高交换机之间 的传输带宽，并实现链路冗余备份，为此网络管理员在两台交换机之间采用两根网线互连，并将相应的两个端 口聚合为一个逻辑端口，现要在交换机上做适当配置来实现这一目标。二、协议分析说明分析2.1协议规范概述负载均衡(Load Balance)由于目前现有网络的各个核心部分随着业务量的提高，访问量和数据流量的快速增长，其处理能力和计算 强度也相应地增大，使得单一的服务器设备根本无法承担。在此情况下，如果扔掉现有设

7、备去做大量的硬件升 级，这样将造成现有资源的浪费，而且如果再面临下一次业务量的提升时，这又将导致再一次硬件升级的高额 成本投入，甚至性能再卓越的设备也不能满足当前业务量增长的需求。负载均衡(又称为负载分担)，英文名称为Load Balance，其意思就是将负载(工作任务)进行平衡、分 摊到多个操作单元上进行执行，例如Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器和其它关键任务服务器 等，从而共同完成工作任务。生成树协议生成树算法的网桥协议STP(Spanning Tree Protocol)它通过生成生成树保证一个已知的网桥在网络拓扑中沿 一个环动态工作。网桥与其他网桥交换BPDU消息来监测环

8、路，然后关闭选择的网桥接口取消环路，统指 IEEE802-1生成树协议标准和早期的数字设备合作生成树协议，该协议是基于后者产生的。IEEE版本的生成 树协议支持网桥区域，它允许网桥在一个扩展本地网中建设自由环形拓扑结构。IEEE版本的生成树协议通常 为在数字版本之上的首选版本。2.2需解决的问题生成树协议的主要功能有两个：一是在利用生成树算法、在以太网络中，创建一个以某台交换机的某个端口为 根的生成树，避免环路。二是在以太网络拓扑发生变化时，通过生成树协议达到收敛保护的目的。负载均衡有两方面的含义：首先，单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理，每个节点设备处理结 束后，将结果汇总，返回

9、给用户，系统处理能力得到大幅度提高，这就是我们常说的集群(clustering)技术。 第二层含义就是：大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别处理，减少用户等待响应的时间，这 主要针对Web服务器、FTP服务器、企业关键应用服务器等网络应用。通常，负载均衡会根据网络的不同层 次（网络七层）来划分。其中，第二层的负载均衡指将多条物理链路当作一条单一的聚合逻辑链路使用，这就 是链路聚合（Trunking）技术，它不是一种独立的设备，而是交换机等网络设备的常用技术。现代负载均衡技 术通常操作于网络的第四层或第七层，这是针对网络应用的负载均衡技术，它完全脱离于交换机、服务器而成 为独立的技术

10、设备。这也是我们现在要讨论的对象。近几年来，四到七层网络负载均衡首先在电信、移动、银 行、大型网站等单位进行了应用，因为其网络流量瓶颈的现象最突出。这也就是为何我们每通一次电话，就会 经过负载均衡设备的原因。另外，在很多企业，随着企业关键网络应用业务的发展，负载均衡的应用需求也越 来越大了。2.3重点和难点生成树协议拓扑应注意：不论网桥（交换机）之间采用怎样物理联接，网桥（交换机）能够自动发现一个没有环 路的拓扑结构的网路，这个逻辑拓扑结构的网路必须是树型的。生成树协议还能够确定有足够的连接通向整个 网络的每一个部分。所有网络节点要么进入转发状态，要么进入阻塞状态这样就建立了整个局域网的生成树

11、。 当首次连接网桥或者网络结构发生变化时，网桥都将进行生成树拓扑的重新计算。为稳定的生成树拓扑结构选 择一个根桥，从一点传输数据到另一点，出现两以上条路径时只能选择一条距离根桥最短的活动路径。生成树 协议这样的控制机制可以协调多个网桥（交换机）共同工作，使计算机网络可以避免因为一个接点的失败导致整 个网络联接功能的丢失，而且冗余设计的网络环路不会出现广播风暴。链路聚合实现时应注意：Server Load BalancingAboCom服务器负载均衡提供了服务级（端口）负载均衡及备援机制。主要用于合理分配企业对外服务器 的访问请求，使得各服务器之间相互进行负载和备援。AboCom服务器负载与服务

12、器群集差异：一旦有服务器故障，群集技术只对服务器的硬件是否正常工作进行检查；AboCom服务器负载则对应用服 务端口进行检查，一旦服务器的该应用服务端口异常则自动将访问请求转移到正常的服务器进行响应。VPN Trunk负载均衡支持同时在多条线路上建立VPN连接，并对其多条VPN线路进行负载。不仅提高了企业总部与分支机构 的VPN访问速度，也解决了因某条ISP线路断线造成无法访问的问题。进行VPN负载均衡时VPN访问数据 将同时在多条VPN线路上进传输。当一条VPN线路故障时，所有流量将自动切换到正常的VPN线路上进行 传输。QoS （带宽管理）个人带宽管理：可实现每个人的网络带宽分配、管理，可

13、以设置保证带宽用以保障个人应用不受整体 环境影响。每日带宽配额：可以针对个人、群组或部门等分别设置带宽配额，这样可以合理利用带宽资源，杜 绝资源的浪费，也杜绝员工干与工作无关的事，如看在线电影，下载大容量文件资料等等。三、实现条件及系统解决方案3.1系统实现条件/环境配置说明、计算机硬件设备配置设备名称、计算机硬件设-规格、型号、参数爵配置数量备注说明内存1G以上1CPU酷睿I2以上1硬盘Seagate 360G 以上1网卡3Com 10 /100M自适应网卡1二、计算机软件配置软件名称版本说明数量备注说明操作系统Windows seven （Win7）1Packet Tracer 5.1 工

14、具Packet Tracer 5.1 版1客户端软件Packet Tracer1三、相关网络设备配置设备类型设备名称设备数量交换机路由器三层交换机switch3双绞线8计算机Pc6PC-Pl PC53.2系统解决方案提供多个WAN ports可作多种负载平衡算法则，企业可依需求自行设定负载平衡规则，而网络存取可参照所 设定的规则，执行网络流量负载平衡导引。算法则有：依序 Round Robin比重 Weighted Round Robin流量比例Traffic使用者端User应用别 Application联机数量Session服务别Service自动分配Auto ModeInbound Loa

15、d Balancing内建Inbound Load Balance功能，可让企业透过多条ISP线路，提供给浏览者更实时、快速与稳定不断 线的因特网在线服务；Inbound 负载平衡算法包括：Round Robin/ Weighted Round Robin/Auto Back Up（1）每VLAN生成树协议（PVST）:每一个VLAN有一个生成树的计算进程（2）根网桥的选择：楼内分布层交换机应该成为根网桥，即避免访问层交换机成为根网桥（3）生成树的负载平衡：配置不同的分布层交换机成为不同VLAN的根网桥配置根网桥：两种方式（1）定义优先级：（config）#spanning-tree vlan

16、 priority （2）定义交换机为根网桥：（config）#spanning-tree vlan root primary|secondary四、实验方案设计及实现4.1实验方案设计说明关于端口聚合注意的事项1、只有同类型端口才能聚合为一个AG端口。2、所有物理端口必须属于同一个VLAN。3、在锐捷交换机上最多支持8个物理端口聚合为一个AG。4、在锐捷交换机上最多支持6组聚合端口。4.2实验步骤/实现过程说明【实现步骤】步骤1交换机A的基本配置SwitchAenSwitchA#configure terminalSwitchA（config）#vlan 10SwitchA（config-v

17、lan）#name salesSwitchA（config-vlan）#exitSwitchA（config）#interface fastEthernet 0/5SwitchA（config-if）#switchport access vlan 10SwitchA(config-if)#exitSwitchA(config)#AZ验证测试：验证已创建了 VLAN 10，并将0/5端口已划分到VLAN 10中SwitchA#show vlan 10VLAN Name10 sales步骤2在交换机SwitchA上配置聚合端口SwitchA#configure terminalSwitchA(co

18、nfig)#interface aggregatePort 1 SwitchA(config-if)#switchport mode trunk SwitchA(config-if)#exitSwitchA(config)#interface range fastEthernet 0/1-2SwitchA(config-if-range)#port-group 1SwitchA(config-if-range)#AZStatus Portsactive Fa0/5！创建聚合接口 AG！配置AG模式为trunk!进入接口 0/1和0/2！配置接口 0/1和0/2属于AG1验证测试：验证接口 fa

19、stEthernet 0/1和0/2属于AG1SwitchA#show aggregatePort 1 summaryAggregatePort MaxPorts SwitchPort Mode PortsAg18 Enabled Trunk Fa0/1 , Fa0/2注：AG1,最大支持端口数为8个，当前VLAN模式为TRUNK，组成员有F0/1、F0/2。步骤3：交换机B的基本配置SwitchBenSwitchB#configure terminalSwitch(config)#hostname SwitchBSwitchB(config)#vlan 10SwitchB(config-vl

20、an)#name salesSwitchB(config-vlan)#exitSwitchB(config)#interface fastEthernet 0/5SwitchB(config-if)#switchport access vlan 10SwitchB(config-if)#AZSwitchB#验证测试：验证已在SwitchB创建了 VLAN 10，并将0/5端口已划分到VLAN 10中SwitchB#show vlan id 10VLAN NameStatus PortsFa0/5！创建聚合接口 AG1！配置AG模式为trunk！进入接口 0/1和0/2！配置接口 0/1和0/2

21、属于AG110 salesactive步骤4：在交换机SwitchB上配置聚合端口SwitchB#configure terminalSwitchB(config)#interface aggregatePort 1SwitchB(config-if)#switchport mode trunkSwitchB(config-if)#exitSwitchB(config)#interface range fastEthernet 0/1-2SwitchB(config-if-range)#port-group 1SwitchB(config-if-range)#AZSwitchB#验证测试：验证

22、接口 fastEthernet 0/1和0/2属于AG1SwitchB#show aggregatePort 1 summaryAggregatePort MaxPorts SwitchPort Mode PortsAg18 Enabled Trunk Fa0/1 , Fa0/2步骤5.验证当交换机之间的一条链路断开时，PC1与PC2仍能互相通信C:Documents and SettingsAdministratorping 0 -t ！在 PC1 的命令行方式下验证能 Ping 通PC2Pinging 0 with 32 bytes of data:Reply from 0: bytes=

23、32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 t

24、ime1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64Reply from 0: bytes=32 time1ms TTL=64参考配置SwitchA#show running-config！显示交换机 SwitchA 的全部配置System software version : 1.61(2) Build Aug 31 2005Building configuration.Current configuration : 287 bytes !version 1.0!host

25、name SwitchAvlan 1!vlan 10name sales!interface aggregatePort 1 switchport mode trunk !interface fastEthernet 0/1port-group 1 !interface fastEthernet 0/2port-group 1 !interface fastEthernet 0/5 switchport access vlan 10 !endSwitchB#show running-config!聚合端口 1的VLAN模式为trunk!将F0/1加入聚合组1！将F0/2加入聚合组1！显示交换机

26、SwitchB的全部配置System software version : 1.61(2) Build Aug 31 2005 ReleaseBuilding configuration.Current configuration : 287 bytesversion 1.0!hostname SwitchBvlan 1!vlan 10name salesinterface aggregatePort 1switchport mode trunk！聚合端口 1 的 VLAN 模式为 trunk!interface fastEthernet 0/1port-group 1！将F0/1加入聚合组1

27、!interface fastEthernet 0/2port-group 1！将F0/2加入聚合组1!interface fastEthernet 0/5switchport access vlan 10五、方案分析评估5.1和其他备选方案的分析比较RSTP比STP的优越性：改进一:如果旧的根端口已经进入阻塞状态,而且新根端口连接的对端交换机的指定端口处于Forwarding状态, 在新拓扑结构中的根端口可以立刻进入转发状态.改进二:网络边缘的端口，即直接与终端相连，而不是和其它网桥相连的端口可以直接进入转发状态，不需要任何 延时.改进三:增加了网桥之间的协商机制一Proposal/Agre

28、ement.指定端口可以通过与相连的网桥进行一次握手，快速 进入转发状态.其中Proposal报文为正常的BPDU报文，且Proposal Bit位置位.Agreement报文为Proposal 报文的拷贝，且以Agreement Bit代替Proposal Bit位置位.通过以上三点重要改进,RSTP的收敛速度比STP快很多，且RSTP可以兼容STP，因此对于支持RSTP的设备, 我们不考虑运行STP.对于RSTP设备和STP设备混用的情况，请尽可能将RSTP的设备放置在网络中心区域，将STP设备放置在网 络的边缘，这样可以保证网络整体收敛速度较快.对于支持RSTP的交换机，应把所有连接主机

29、或服务器的端口配置为边缘端口，以加快网络的收敛速度，降低网络 的广播流量.对于边缘端口可打开BPDU-Protection功能，避免将此类端口误连到交换机上,引起暂时环路.单生成树协议STP/RSTP不能够针对不同的VLAN形成不同的生成树，所有VLAN使用同一生成树，因此所有 Trunk链路应包括网络中（或局部网络中）配置的VLAN.对于复杂的网络建议启动GVRP.RSTP协议中引入边缘端口的概念，在边缘端口物理层UP的时候即进入Forwarding状态,这样可以提高网络收 敛速度，降低网络中广播报文数量.但如果我们误把交换机接到边缘端口上，可能会导致短暂的环路.如果我们在边缘端口上再启动B

30、PDU-Protection的功能，则在此端口上如果接收到BPDU报文，这个端口将被自 动关闭，直到人为打开为止.把端口配置为STP-disable,会导致端口丢弃BPDU报文，从而将整个二层网络切割成两个生成树，引起永久性环 路,不推荐使用.多生成树协议中的CIST仍然为单生成树,不能实现不同VLAN间的负载分担.如果要实现不同VLAN的负载分 担，必须配置负载分担的区域为同一个域.若配置不同的交换机在同一个域内，必须保证交换机的域名相同,VLAN和STP实例的对应关系相同.5.2方案评估分析STP （802.1d）收敛时间太长（3050秒）STP之所以收敛时间太长，是因为其“被动等待”的特

31、性：假若 交换机在侦听阶段用了很短的时间就已经知道某原先阻塞的端口进入转发状态后不会产生循环，那它是不是立 即会进入学习状态呢？不会，它要等15秒的转发延迟时间过期；假若交换机的端口在学习阶段用了很短的时 间就学习完了所有的MAC地址，它是不是就立即进入转发状态呢？不是，它还要等15秒的转发延迟STP的拓扑变化是先将TCN发送到根桥，再由根桥将TC发送给所有网桥。SW-4发送自己的拓扑变化通知（TCN）位传递给根桥，根桥发送TC位的BPDU给所有的其他网桥，通知拓 扑变化。1）拓扑改变检测在RSTP中，只有非边缘端口进入转发状态时，才引起拓扑的改变，端口改变到其他状态不引起拓扑改变（不 产生T

32、C），但RSTP网桥检测到拓扑改变，发生以下动作：非边缘的指定端口和根端口启动一个等于两倍Hello Time的TC等待计数器。泛洪MAC地址到所有的端口上。只要TC等待计时器在端口中运行，该端口发送的带有TC位的BPDU，在计时器激活期间，根端口也发送BPDU 信息。2）拓扑改变传播当一个网桥收到带有拓扑改变（TC）标志为BPDU，按照以下两种方式进行处理：清除交换机上所有端口学来的MAC地址除了拓扑改变收来的MAC地址。启动拓扑改变（TC）等待计数器，发送带有TC标志位的BPDU到所有的指定端口和根端口。 通过这样的机制，SW-4的TCN通过一步快速泛洪到整个网络中，无须经过根桥。六、前景

33、展望6.1本课题的不足之处和可改进之处STP（802.1d）的一个致命的缺点是，收敛时间太长（3050秒）。IEEE在802.1w中定义了快速生成 树协议（Rapid STP）。RSTP是向后兼容的，其收敛时间一般在110秒间。STP之所以收敛时间太长，是因为其“被动等待”的特性：假若交换机在侦听阶段用了很短的时间就已经 知道某原先阻塞的端口进入转发状态后不会产生循环，那它是不是立即会进入学习状态呢？不会，它要等15 秒的转发延迟时间过期；假若交换机的端口在学习阶段用了很短的时间就学习完了所有的MAC地址，它是不 是就立即进入转发状态呢？不是，它还要等15秒的转发延迟。RSTP之所以收敛时间变快了，是因为它变“被动等待”为“主动协商”。虽然在RSTP中仍然有“转发延迟”，但如 果处于阻塞状态的端口通过与邻居协商后发现其应该进入转发状态，则它会立即进入转发状态，而不会去等待 那15秒的“转发延迟”。RSTP与STP具有以下相同之处：使用同样的参数和方法选择根网桥；使用同样的规则在非根网桥上选择根端口；使用同样的规则为每个网段选择指定端口。6.2技术前景展望/下一步的工作负载均衡技术前景展望1、DNS负载均衡最早的负载均衡