LACP协议原理,lacp链路聚合原理

('LACP技术白皮书1．LACP概述1.1LACP产生背景链路聚合（LinkAggregation）是指将—组物理端口捆绑在一起作为一个逻辑接口来增加带宽的一种方法。通过在两台设备之间建立链路聚合组（LinkAggregationGroup），可以提供更高的通讯带宽和更高的可靠性，而这种提高不需要硬件的升级，并且还为两台设备的通讯提供了冗余保护。图1链路聚合示意图链路聚合可以通过手工方式配置，由用户配置聚合组号和端口成员。在手工配置聚合组时，不会考虑到对端设备的汇聚信息，而将本端设备的端口进行汇聚，可能会出现一端汇聚端口和另一端汇聚端口不一致的错误配置，从而形成环路。基于IEEE802.3ad标准的LACP（LinkAggregationControlProtocol，链路汇聚控制协议）是一种实现链路动态汇聚的协议，为交换数据的设备提供一种标准的协商方式，LACP根据设备端口的配置（即速率、双工、基本配置、管理Key）形成聚合链路并启动聚合链路收发数据。聚合链路形成后，LACP负责维护链路状态，在聚合条件发生变化时，自动调整或解散链路聚合，从而使两端设备对端口加入或退出某个动态汇聚组达成一致。1.2LACP协议特点LACP协议具有以下特点：1、增加网络带宽：LACP可以将多个连接的端口捆绑成为一个逻辑连接，捆绑后的带宽是每个独立端口的带宽总和。当端口上的流量增加而成为限制网络性能的瓶颈时，采用支持该特性的交换机可以轻而易举地增加网络的带宽。2、提高网络连接的可靠性：LACP维护端口聚合链路状态，同组成员彼此动态备份。组成端口聚合的一个端口连接失败，LACP将启动备份链路收发数据，网络数据将自动重定向到那些好的连接上，该特性可以保证网络无间断地继续正常工作。3、流量分担：聚合组内活动成员端口根据指定方式分担流量。4、自动配置：协议控制，配置简单，成本低。2．LACP协议技术介绍2.1.手工汇聚手工汇聚模式是一种最基本的链路聚合方式，在该模式下，汇聚组的创建、成员接口的加入完全由手工来配置，没有链路聚合控制协议的参与。该模式下所有成员接口（selected）都参与数据的转发，分担负载流量，因此称为手工负载分担模式。手工汇聚端口的LACP协议为关闭状态，禁止用户使能手工汇聚端口的LACP协议。1）手工汇聚组中的端口状态在手工汇聚组中，端口可能处于两种状态：Selected或Standby。处于Selected状态且端口号最小的端口为汇聚组的主端口，其他处于Selected状态的端口为汇聚组的成员端口。由于设备所能支持的汇聚组中的最大端口数有限制，如果处于Selected状态的端口数超过设备所能支持的汇聚组中的最大端口数，系统将按照端口号从小到大的顺序选择一些端口为Selected端口，其他则为Standby端口。2）手工汇聚对端口配置的要求一般情况下，手工汇聚对汇聚前的端口速率和双工模式不作限制。但对于以下情况，系统会作特殊处理：\uf0d8对于初始就处于DOWN状态的端口，在汇聚时对端口的速率和双工模式没有限制；\uf0d8对于曾经处于UP状态，并协商或强制指定过端口速率和双工模式，而当前处于DOWN状态的端口，在汇聚时要求速率和双工模式一致；\uf0d8对于一个汇聚组，当汇聚组中某个端口的速率和双工模式发生改变时，系统不进行解汇聚，汇聚组中的端口也都处于正常工作状态。但如果是主端口出现速率降低和双工模式变化，则该端口的转发可能出现丢包现象。2.2LACP汇聚LACP汇聚有两种工作模式：动态LACP汇聚和静态LACP汇聚。这两种模式下，LACP协议都处于使能状态。LACP协议通过LACPDU（LinkAggregationControlProtocolDataUnit，链路汇聚控制协议数据单元）与对端交互信息实现链路的汇聚。在将端口加入聚合组时需要比较端口的基本配置，只有基本配置相同的端口才能加入到同一个聚合口中。两端设备所选择的活动接口必须保持一致，否则链路聚合组就无法建立。而要想使两端活动接口保持一致，可以使其中一端具有更高的优先级，另一端根据高优先级的一端来选择活动接口即可，通过设置系统LACP优先级和端口LACP优先级来实现优先级区分。系统LACP优先级就是为了区分两端优先级的高低而配置的参数，系统LACP优先级值越小优先级越高。接口LACP优先级是为了区别不同接口被选为活动接口的优先程度，接口LACP优先级值越小，优先级越高。系统使能某端口的LACP协议后，该端口将通过发送LACPDU向对端通告自己的系统优先级、系统MAC、端口优先级、端口号和操作Key。对端接收到这些信息后，将这些信息与其它端口所保存的信息比较以选择能够汇聚的端口，从而双方可以对端口加入或退出某个汇聚组达成一致。操作Key是在端口汇聚时，LACP协议根据端口的配置（即速率、双工、基本配置、管理Key）生成的一个配置组合。其中，动态汇聚端口在使能LACP协议后，其管理Key缺省为零。静态汇聚端口在使能LACP后，端口的管理Key与汇聚组ID相同。对于动态汇聚组而言，同组成员一定有相同的操作Key，而手工和静态汇聚组中，selected的端口有相同的操作Key。2.2.1静态LACP汇聚静态LACP模式链路聚合是一种利用LACP协议进行参数协商选取活动链路的聚合模式。静态LACP模式下，汇聚组的创建、成员接口的加入，都是由手工配置完成的。但与手工负载分担模式链路聚合不同的是，该模式下LACP协议报文参与活动接口的选择。也就是说，当把一组接口加入汇聚组，这些成员接口中哪些接口作为活动接口，哪些接口作为非活动接口还需要经过LACP协议报文的协商确定。图2静态LACP汇聚静态LACP由协议确定聚合组中的活动和非活动链路，又称为M:N模式，即M条活动链路与N条备份链路的模式。这种模式提供了更高的链路可靠性，并且可以在M条链路中实现不同方式的负载均衡。M:N模式的聚合组中M和N的值可以通过配置活动接口数上限阈值来确定。静态汇聚端口的LACP协议为使能状态，当一个静态汇聚组被删除时，其成员端口将形成一个或多个动态LACP汇聚，并保持LACP使能。禁止用户关闭静态汇聚端口的LACP协议。1）建立过程本端系统和对端系统会进行协商，汇聚组建立过程如下所示：a)两端互相发送LACPDU报文。b)两端设备根据系统LACP优先级确定主从关系。c)两端设备根据接口LACP优先级确定活动接口，最终以主动端设备的活动接口确定两端的活动接口。在两端设备交换机A和交换机B上创建汇聚组并配置为静态LACP模式，然后向汇聚组中手工加入成员接口。此时成员接口上便启用了LACP协议，两端互相发出LACPDU报文，如图3所示。图3：静态LACP汇聚互发LACPDU报文示意图汇聚组两端设备均会收到对端发来的LACP报文，本端系统和对端系统会根据根据两端系统中设备ID和端口ID等来决定两端端口的状态。2）端口状态协商在静态LACP汇聚组中，端口可能处于三种状态：Selected、unselected或Standby。聚合组端口状态通过本端系统和对端系统进行协商确定，根据两端系统中设备ID端口ID等来决定两端端口的状态。具体协商原则如下：a)比较两端系统的设备ID（设备ID＝系统的LACP协议优先级+系统MAC地址）。先比较系统的LACP协议优先级，如果相同再比较系统MAC地址。设备ID小的一端被认为较优（系统的LACP协议优先级越小、系统MAC地址越小，则设备ID越小）,这里认为是master设备，优先级较低的设备认为是slave设备。b)在LACP静态聚合组协商成功之后对组内的端口进行比较,选出参考端口。比较过程:比较端口ID（端口ID＝端口的LACP协议优先级+端口号）。首先比较端口的LACP协议优先级，如果优先级相同再比较端口号。端口ID小的端口作为参考端口（端口的LACP协议优先级越小、端口号越小，则端口ID越小）。c)与参考端口的速率、双工、链路状态和基本配置一致且处于up状态的端口、并且该端口的对端端口与参考端口的对端端口的配置也一致时，该端口才成为可能处于Selected状态的候选端口。否则，端口将处于unselected状态。d)静态LACP聚合组中处于Selected状态的端口数是有限制的，当候选端口的数目未达到上限时，所有候选端口都为Selected状态，其他端口为unselected状态；当候选端口的数目超过这一限制时，根据端口ID（端口LACP优先级、端口号）选出selected状态的端口，而因为数目限制不能加入聚合组的端口设置为standby状态，其余不满足加入聚合组条件的端口设置为unselected状态。2.2.2动态LACP汇聚动态LACP汇聚是一种系统自动创建/删除的汇聚，不允许用户增加或删除动态LACP汇聚中的成员端口，只有速率和双工属性相同、连接到同一个设备、有相同基本配置的端口才能被动态汇聚在一起。即使只有一个端口也可以创建动态汇聚，此时为单端口汇聚。动态汇聚中，端口的LACP协议处于使能状态。端口使能动态LACP协议只需要在端口上使能LACP就可以了，不必为端口指定汇聚组，使能动态LACP协议的端口需要自己寻找动态汇聚组，如果找到了与自己信息（包括自己的对端信息）一致的汇聚组，直接加入；如果没有找到与自己信息一致的汇聚组，创建一个新的汇聚组。动态LACP协议与对端的协商过程和静态汇聚的过程一样。',)