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代温钱
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2 前言摘要 REUP(Rapid Ethernet Uplink Protection) 提供一个快速上链保护的功能, 是一种为双上行链路提供可靠高效的备份和切换机制的解决方案, 能够提供更快速的收敛性能, 常用于双上行组网方式本文阐述了 REUP 的开发背景和基本概念技术原理, 以及分析锐捷网络在该功能中的技术特点和典型应用案例关键词 REUP 双上行双链路备份快速切换抢占 VLAN 负载均衡地址更新链路状态同步缩略语清单缩略语英文全名中文解释 REUP: Rapid Ethernet Uplink Protection 快速以太网上链保护 RERP: Rapid Ethernet Ring Protection 快速以太网环路保护 STP: Spanning Tree Protocol 生成树协议 RSTP: Rapid Spanning Tree Protocol 快速生成树协议

3 目录 1 前言 REUP 基本概念概述 REUP 基本概念 REUP 对主从端口主备链路 MAC 地址更新组链路状态跟踪组 Flush 报文 RERP 技术原理双链路备份抢占和延时 VLAN 负载均衡 MAC 地址更新链路状态同步锐捷 REUP 技术特点 MAC 地址快速更新组网一 : 锐捷设备组网组网二 : 锐捷与友商设备组网快速收敛锐捷网络 REUP 典型应用双归上链接入应用双归接入到 RERP 环应用双归接入主环一边双归接入公共边 REUP 性能测试组网模式 1 测试组网模式 2 测试结束语...21

4 1 前言目前双上行组网方式已经成为一种很常见的组网方式之一, 因此需要考虑如何保证链路的正常通信通常是通过生成树协议 (STP) 来阻塞冗余链路, 即当主链路发生故障时, 能够将流量成功切换到备用的链路虽然这种方式在功能上可以实现用户的冗余备份的需求, 但是在一定程度上仍然不能满足大多数用户的需求原因在于即使采用快速生成树协议 (RSTP) 实现快速迁移, 但是收敛速度还是比较慢, 均处于秒级为了满足各方面的需求, 锐捷网络提出了 REUP 的解决方案, 实现了主备链路冗余备份及快速迁移, 同时提供了更简洁的配置使用方式, 这样既保证了性能的需求, 又简化了相应的配置 1

5 2 REUP 基本概念 2.1 概述 REUP 成对配置上链端口, 其中一个端口为主端口 (Active), 另一个端口为从端口 (Backup), 在两个端口都 link up 的情况下, 默认配置从端口处于 Standby 状态, 处于 Standby 状态的端口是不能转发数据流的, 当处于转发状态 (Up) 的主端口发生故障时, 处于 Standby 的从端口会立即切换成 up 状态并提供数据传输图 2-1 REUP 常见拓扑图默认情况下从端口处于 Standby 状态, 不转发数据, 一个例外就是在用户配置了 vlan 负载均衡的情况下, 主端口和备份端口会根据用户配置的 vlan 信息各自负责部分 vlan 的数据转发此外通过配置,REUP 还会向上游设备发送地址更新通告, 使得上游设备可以即时更新 mac 地址信息, 快速恢复上链交换机的下行传输, 防止报文丢失, 达到报文快速收敛的功能 STP 在开启了 REUP 的端口上是关闭的, 即配置了 REUP 的端口不参与 STP 活动 REUP 使用户在关闭 STP 的情况下, 可以提供比 STP 更快的链路冗余及故障恢复在开启 Vlan 负载均衡下不支持和 STP MSTP RSTP 的共用, 即 STP MSTP RSTP 无法开启 2

6 2.2 REUP 基本概念 REUP 对 REUP 成对地配置了上链端口, 如上图 2-1 的端口 1 和端口 2 组成一个 REUP 对, 其中一个为主端口, 另外一个端口为从端口, 一个端口只能属于一个 REUP 对正常情况下, 只有一个端口处于转发状态, 另一个端口被阻塞, 处于 Standby 状态当处于转发状态的端口发生链路故障 ( 物理上的故障或是 OAM 的连接故障或是单通 ) 时,REUP 对就会自动将该端口进行阻塞, 并将原先阻塞的处于 Standby 状态的端口切换到转发状态主从端口主端口 (Active) 作为 REUP 对的一种端口角色, 默认情况下主端口优先进入转发状态 (up) 但是主端口并不会一直处于转发状态, 当链路发生故障进行链路切换后, 如果从端口已经处于转发状态, 那么即使主端口链路恢复正常, 也依然只能处于 Standby 的状态, 直到再进行下一次的链路切换如上图中原先处于转发状态的端口 1 为主端口, 链路切换后端口 1 虽然被阻塞, 但它仍然是主端口从端口 (Backup) 也称备份端口, 作为 REUP 对的另一种端口角色, 默认情况下从端口保持 Standby 状态但是从端口并不是一直都处于 Standby 状态, 当主端口链路故障发生链路切换后, 从端口将切换到转发状态如上图的端口 2 为从端口主备链路每一条主链路只能有一条备用链路, 一条备用链路只能作为一条主链路的备用链路主链路和备用链路所对应的端口必须是不同的端口默认情况下, 主端口所在的链路为主链路 (forwarding 状态 ), 负责转发数据流, 从端口所在的链路为备用链路 (blocked 状态 ), 不转发数据流, 当主链路发生故障 (failed 状态 ) 的时候, 备用链路就会立即切换为健康状态并提供数据传输 3

7 2.2.4 MAC 地址更新组 REUP 的 MAC 地址更新功能中采用 MAC 地址更新组将 REUP 切换路径上的一些端口归在同一个更新组里, 当该组的某个端口收到 flush 报文时, 会去清除该组的其它端口的 mac 地址信息, 若收到地址更新的广播报文, 则能快速地进行 MAC 地址学习, 从而达到快速收敛的效果链路状态跟踪组链路状态同步通过链路状态跟踪组的上行端口和下行端口, 把多个下行端口的链路状态绑定到多个上行链路的端口上当跟踪组内所有的上行链路都发生故障, 则把下行链路的端口的状态强制 shutdown, 使下行链路的传输从主链路切换到备份链路上 Flush 报文当 REUP 对发生链路切换时, 使得原有的转发表项将不适用于新的拓扑网络, 需要进行整网的 MAC 表项和 ARP 表项的更新此时, 开启 REUP 功能的设备通过发送 Flush 报文 ( 根据目的 mac 二层类型号和源端口号) 通知其他同在一个 MAC 地址更新组的设备进行地址表的清除刷新操作 4

8 3 RERP 技术原理 3.1 双链路备份图 3-1 REUP 常见拓扑图双链路备份是 REUP 最基本的功能, 就是实现主备链路冗余备份及快速迁移如上图拓扑所示, 交换机 A 的端口 1,2 连接到上链交换机 B,C 上, 在端口 1,2 上配置 REUP 对主端口 1 处于活动状态, 负责转发数据报文从端口 2 处于备份状态, 交换机 C 不转发交换机 A 的数据报文一旦端口 1 发生故障, 链路随即进行切换, 端口 2 立即开始转发数据报文 ; 当端口 1 的链路恢复过来后, 如果用户没有配置抢占模式 ( 见下文相关说明 ), 则主端口 1 将会继续处于备份状态, 从端口 2 则继续转发数据报文 3.2 抢占和延时在正常情况下,Master 通过将 Secondary Port 阻塞, 使得所有数据 vlan 的数据在该端口上不会被转发, 从而可以剪除整个环网中的二层环路 REUP 的抢占模式用来决定优先使用哪条链路, 前提是在两个端口都 link up( 两个端口所在链路不同时为转发状态 ) 的情况下进行链路的选举抢占模式分为如下三种 : 5

9 1. 带宽 (bandwidth) 优先模式 :REUP 会优先使用一条带宽比较大的链路 ; 2. 强制 (forced) 模式 : 强制优先使用一条比较稳定可靠的链路, 使得主端口一直抢占着从端口 3. 关闭 (off) 模式 : 不进行链路抢占, 默认情况下为该模式为了避免异常故障导致频繁的主备链路切换,REUP 提供了一个抢占延迟的功能当两条链路均恢复后, 延迟一定时间, 等故障链路稳定后再进行链路的切换 3.3 VLAN 负载均衡图 3-2 VLAN 负载均衡拓扑图 Vlan 负载均衡允许 REUP 对的两个端口同时转发不同 vlan 的数据报文, 以便充分利用链路带宽如上图所示, 在交换机 A 的两个端口 1,2 上配置 REUP 对 ; 启用 REUP 的 vlan 负载均衡功能, 配置 vlan 的数据由端口 1 传输,vlan 的数据由端口 2 传输当其中的一个端口发生故障时, 由另外一个端口负责所有 vlan 的传输 ; 当发生故障的端口恢复过来后, 把它负责的 vlan 的传输从另外一个端口上切换过来 6

10 3.4 MAC 地址更新图 3-3 REUP 正常工作状态图 REUP 的 MAC 地址更新提供一个链路发生故障切换时使上链交换机从新的端口上学习到 MAC 地址, 从而快速恢复上链交换机的下行传输, 达到报文快速收敛的功能如上图拓扑所示, 在交换机 A 的端口 1,2 上启用 REUP 双链路备份功能, 端口 2 作为主端口, 在正常的通讯过程中, 交换机 D 会在端口 4 上学习到 PC 的 mac 地址 7

11 图 3-4 REUP 切换过程中的错误状态图如上图所示, 在交换机 A 的主端口 2 发生故障后,A 的从端口 1 迅速切换为活动链路, 此时交换机 D 暂时没有从端口 3 上学习到 PC 的 MAC 地址, 交换机发往 PC 的数据报文会被交换机 D 从端口 4 转发到交换 C 上, 但此时交换机 C 与 A 之间的链路已经断了, 这样就造成报文的丢失图 3-5 REUP 发送 MAC 地址更新报文后的状态图如上图所示, 在开启了 MAC 地址更新功能后, 在端口 1 开始转发报文时, 交换机 A 默认会 8

12 在端口 1 上发送一个 MAC 地址的更新报文到交换机 D 的端口 3 上, 使得交换机 D 更新 MAC 地址表这样交换机 D 就会把服务器发往 PC 的报文转发到端口 3 上, 加快报文传输的收敛 3.5 链路状态同步链路状态同步 (Link state tracking) 提供一个当同一个链路状态更新组的上行链路都发生故障后, 触发下行链路端口强制关闭, 使下游设备进行相应的链路切换, 达到上下行链路状态同步的功能图 3-6 链路状态同步拓扑图如上图所示, 把交换机 B1 的端口 3,4 设置成组 1 的下行端口, 把端口 1 设置成组 1 的上行端口 ; 把交换机 B2 的端 5,6 设置成组 2 的下行端口, 端口 2 设置成组 2 的上行端口 ; 同时在交换机 C1,C2 上开启 REUP 的双链路备份功能 9

13 图 3-7 上链发生故障拓扑图如上图所示, 当交换机 B1 的上行链路发生故障 ( 图 7 中交换机 B1 的端口 1 变为 linkdown 状态或交换机 A1 与 B1 之间的链路出现断路 ) 时, 链路状态同步同时会把下行端口 3,4 关闭这样交换机 C1 的上行传输就会被切换到交换机 B2 上 10

14 4 锐捷 REUP 技术特点 4.1 MAC 地址快速更新锐捷网络在 MAC 地址更新方式的实现方案考虑如下两种方法的组合应用, 它们用在不同的拓扑环境可以达到最优的应用性能组网一 : 锐捷设备组网图 4-1 常见双出口组网拓扑如上图所示是一个常见的双出口拓扑 ( 交换机 A B 对上提供 3 层的双出口, 对下则是二层透传 ), 链路正常的情况下,E 右边的链路被阻塞, 这时交换机 A B C D 和 E 的通信通过左边的分支 11

15 图 4-2 MAC 地址更新应用方式一如上图所示, 当交换机 E 左边链路故障时, 右边链路被启用此时,E 发往 A B C D 的流可以被马上调整到右边链路上, 但 A B C D 发往 E 的还没更新过来此时锐捷设备可以让 E 在右边链路上发送一个要求设备清除 mac 地址的 flush 报文 ( 这个报文是一个组播报文 ), 并在 A B C D 上相应路径端口上配置属于同一个 MAC 地址更新组, 并打开它们的接收 MAC 地址更新报文功能当这个组的某个端口接收到 Flush 报文时, 就清除该组的其它端口的 MAC 地址这样可以实现上游设备的快速地址更新另外这种方法对于端口再次 up 并抢占的情况也同样适用, 只需要在抢占口重新 forwarding 后发出这种报文即可组网二 : 锐捷与友商设备组网对于上述组网一要求所有上游设备必须是我司的设备, 这样才能保证发送的 flush 报文能够被设备识别, 实现上游设备的快速地址更新 12

图 4-3 MAC 地址更新应用方式二如上图所示, 对于 C D 这样不是锐捷网络的设备, 实现方式是采用 compatible 模式 ( 此模式在配置中可选 ), 当 E 的左边链路故障后, 先清除左边端口上的 MAC 地址, 设置右边链路转发, 然后将交换机 E 上除了 REUP 端口外的其他端口学习到的 mac 地址逐个以广播帧的形式在右边链路发出去这种发送我们需要批量发,

16 图 4-3 MAC 地址更新应用方式二如上图所示, 对于 C D 这样不是锐捷网络的设备, 实现方式是采用 compatible 模式 ( 此模式在配置中可选 ), 当 E 的左边链路故障后, 先清除左边端口上的 MAC 地址, 设置右边链路转发, 然后将交换机 E 上除了 REUP 端口外的其他端口学习到的 mac 地址逐个以广播帧的形式在右边链路发出去这种发送我们需要批量发, 采用定时器机制每次发若干删除若干这样就可以让上游设备快速地进行地址更新 4.2 快速收敛 STP 协议与 REUP 类似, 可以提供链路的冗余备份, 其收敛时间最快为 30 秒左右,RSTP 协议完全向下兼容 802.1D STP 协议, 除了和传统的 STP 协议一样具有避免回路提供冗余链路的功能外, 最大特点就是收敛速度更快, 但其收敛时间最快也为 2 秒左右, 收敛时间均处于秒级而 REUP 最主要的特点和优势就是快, 在提供可靠高效的备份和切换机制的解决方案的同时, 能够提供更快速的收敛性能, 其收敛时间在 50ms 以下, 处于毫秒级 13

17 5 锐捷网络 REUP 典型应用 5.1 双归上链接入应用图 5-1 双归上链接入链路如上图的组网拓扑, 在交换机 A 上配置端口 1 和端口 2 为 REUP 对,1 为主端口,2 为从端口交换机 A 与交换机 B 的链路处于转发状态, 此时 PC 能够正常上网图 12 中交换机 B 与 C 之间的链路突然发生了中断, 如何才能保证 PC 的快速正常通信呢? 解决方案是采用链路状态同步 (Link state tracking) 功能在交换机 B 上配置一个链路状态更新组, 并将端口 4 设置为该链路状态更新组的上行端口, 将端口 3 设置为其下行端口, 则当上行链路 ( 交换机 B 与 C 之间的链路 ) 发生故障, 强制关闭下行端口 3 此时, 交换机 A 检测到主端口所在链路发生中断, 迅速将链路迁移到从端口链路上当然, 要实现 PC 能够迅速正常通信, 需在交换机 A 打开发送 MAC 地址学习报文功能, 在交换机 C D 开启接收 MAC 地址更新报文功能, 并设置这两台交换机所在转发链路的端口属于同一个 MAC 地址更新组 14

18 5.2 双归接入到 RERP 环应用双归接入主环一边图 5-2 REUP 双归接入到主环一条边拓扑图如上图所示, 交换机 A G 运行 RERP 协议, 交换机 A B C 构成主环 (B 作为主控设备 ), 交换机 A C D E F G 构成子环 (G 作为主控设备 ) 交换机 H 接入到主环的一条边上交换机 H 开启了 REUP 功能 : 设置端口 1 和端口 2 为 REUP 对 ( 端口 1 为主端口, 端口 2 为从端口 ), 这样正常情况下报文就往主端口的链路转发, 当交换机 B 与 H 之间的链路中断后, 迅速切换到交换机 C 与 H 之间的链路进行转发 15

19 5.2.2 双归接入公共边图 5-3 REUP 双归接入到公共边拓扑图除了上述双归接入到 RERP 主环的任意一边外, 在实际应用中还会出现将 REUP 双归接入主环和子环的公共边 ( 如上图 ), 也会出现接入 RERP 子环的任意一边 16

20 6 REUP 性能测试 6.1 组网模式 1 测试交换机 DUT 开启了 REUP 功能 : 设置端口 1 和端口 2 为 REUP 对 ( 端口 1 为主端口, 端口 2 为从端口 ), 这样正常情况下报文就往主端口的链路转发, 当交换机 DUT 与 FC2 之间的链路中断后, 迅速切换到交换机 DUT 与 FC1 之间的链路进行转发 DUT 的 REUP 工作在缺省非抢占模式图 6-1 REUP 性能测试拓扑图一测试步骤如下 : 2. Smb1( 测试工具 ) 接在交换机 Dut 上, 发送源 mac 为 0000:0000:0003 的广播报文, 进行地址学习 3. Smb3 接在交换机 FC2 上, 发送源 mac 为 0000:0000:0002 的广播报文, 进行地址学习 4. Smb1 向 smb3, 在 vlan1 发送源 mac:0000:0000:0003, 目的 mac:0000:0000:0002,64 字节 untag 的广播报文, 发帧速率为 100,000pps 5. 进行 REUP 故障 / 恢复测试 ( 参见下表步骤 ) 6. 5 统计 smb1 发送的帧数目, 减去 smb2 smb3 通过 trigger 捕获到的 Data 帧数目相减, 得出丢包数后, 除以端口发送速率, 即为收敛时间 17

21 在交换机 DUT 上只启用 REUP 功能, 测试结果如下 : 步骤描述收敛时间 ( 单位 : 毫秒 ) 丢包数 ( 单位 : 帧 ) FC2 连接 Dut 的链路故障 FC2 连接 Dut 的链路恢复 FC1 连接 Dut 的链路故障 FC1 连接 Dut 的链路恢复组网模式 2 测试在交换机 Dut 上只启用 REUP 功能,FC3 上, 开启 MMU(MAC 地址更新 ), 将连接 FC1 FC2 的端口配置到一个 MMU 组中去 18

22 图 6-2 REUP 性能测试拓扑图二测试步骤如下 : 1. Smb1( 测试工具 ) 接在交换机 DUT 上, 发送源 mac 为 0000:0000:0003 的广播报文, 进行地址学习 2. Smb2 接在交换机 FC3 上, 发送源 mac 为 0000:0000:0004 的广播报文, 进行地址学习 3. Smb1 向 smb2, 在 vlan1 发送源 mac:0000:0000:0003, 目的 mac:0000:0000:0004,64 字节 untag 的广播报文, 发帧速率为 100,000pps 4. Smb2 向 smb1, 在 vlan1 发送源 mac:0000:0000:0004, 目的 mac:0000:0000:0003,64 字节 untag 的广播报文, 发帧速率为 100,000pps 5. 进行 REUP 故障 / 恢复测试 ( 参见下表步骤 ) 6. 统计 smb1 发送的帧数目, 减去 smb2 smb3 通过 trigger 捕获到的 Data 帧数目相减, 得出丢包数后, 除以端口发送速率, 即为收敛时间结果如下 : 步骤描述方向收敛时间 ( 单位 : 毫秒 ) 丢包数 ( 单位 : 帧 ) 1 FC2 连接 Dut 的链路故障 Dut1->FC ,460 FC3->Dut ,462 19

23 2 3 4 FC2 连接 Dut 的链路恢复 FC1 连接 Dut 的链路故障 FC1 连接 Dut 的链路恢复 Dut1->FC3 0 0 FC3->Dut1 0 0 Dut1->FC ,146 FC3->Dut ,148 Dut1->FC3 0 0 FC3->Dut1 0 0 图 6-3 通过对上述 REUP 的性能测试, 我们可以发现,REUP 收敛时间均在毫秒级, 收敛优势显而易见 20

24 7 结束语目前锐捷网络在 REUP 功能上已经实现了双链路备份抢占模式设置延时 VLAN 负载均衡 MAC 地址更新和链路状态同步功能, 使得交换机在转发链路发生故障后的快速收敛能力上得到有效地保障 21

Huawei Technologies Co

Huawei Technologies Co Smart Link & Monitor Link 技术白皮书关键词 :Smart Link,Monitor Link, 控制 VLAN,FLUSH 报文, 快速切换, 双上行, 链路备份摘要 :Smart Link 是一种为双上行组网提供高效可靠的链路备份负载分担和快速收敛性能的解决方案 Monitor Link 用于监控上行链路, 以达到让下行链路同步上行链路状态的目的, 从而触发