服務器的生成樹冗余與負載分擔技術是什么

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    交換層有三個地方涉及到冗余與負載分擔，分別是生成樹、EC以太網通道、FHRP網關協議。本文關于生成樹相關的實現技術。生成樹（包括stp、rstp、mstp）的三層主要功能由低至高分別為：防環收斂、冗余備份、負載均衡。首先說明，冗余與負載分擔是兩個概念。冗余往往與備份是聯系在一起的，單純有冗余技術并不一定能實現負載分擔。而負載分擔技術是依賴于冗余的。

1、STP（Spanning-Tree Protocol）

    STP協議生來就是為了冗余而存在的，單純樹型的網絡無法提供足夠的可靠性，由此我們引入了額外的鏈路， 這才出現了環路這樣的問題。但單純是標準的802.1D STP協議并不能實現真正的冗余與負載分擔。

   STP為IEEE 802.1D標準，它內部只有一棵STP tree，因此必然有一條鏈路要被blocking，不會轉發數據，只有另外一條鏈路出現問題時，這條被blocking的鏈路才會接替之前鏈路所承擔的職責，做數據的轉發。無論怎樣，總會有一條鏈路處于不被使用的狀態，冗余是有了，但是負載分擔是不可想象的。

   cisco對STP做了改進，它使得每個VLAN都運行一棵stp tree，這樣第一條鏈路可以為vlan 1 2 3服務，對vlan 4 5 6 blocking，第二條鏈路可以為vlan 4 5 6 forwarding，對vlan 1 2 3關閉，無形中實現了鏈路的冗余，負載分擔。這種技術被稱之為PVST+。

   隨著網絡的發展，人們發現傳統的STP協議無法滿足主備快速切換的需求，因為STP協議將端口定義了5種狀態，分別為：blocking listening learning forwarding disabling，想要從blocking切換至forwarding狀態，必需要經過50秒的周期，這50秒我們只能被動地去等待。20秒的blocking狀態下，如果沒有檢測到鄰居發來的BPDU包，則進入listening，這時要做的是選舉Root Bridge、Designate Port、Root Port，15秒后，進入learning，learning狀態下可以學習MAC地址，為最后的forwarding做準備，同樣是15秒，最后到達轉發狀態。這樣的延時在現代網絡環境下是讓人極為難以忍受的。

2、RSTP（802.1w）
    RSTP的出現解決了延時的問題，它的收斂速度很快，當然CISCO也針對這種技術推出了自 已的RPVST+技術。RSTP在STP基礎上 額外定義了兩種port role（注意這里的概念，端口角色），分別是 alternate與backup。另外重新規定了 port state（端口狀態），分別為discarding、Learning、Forwarding. 

    STP的一大失敗之處在于混淆了port role與port state兩種概念，在RSTP上，這樣的問題不再存在了，port state與port role無關了。alternate port責任是為另一臺交換機上的鏈路作備份，而backup port是為本交換機上的端口作備。

   RSTP最重要的變化在于對BPDU中type字段的利用上，之前STP只使用了其中的兩個位，另外6個位中實現了很多的功能，包括不再需要去等待50秒的時間完成主備切換，直接利用proposal與agreement協商即可，這樣大大縮短了收斂時間。

   RSTP還定義了兩個新的概念：edge port與link type，如果是edge port，表明下面接的只能是主機，環路的存在是不可能的，所以我們可以直接將其從discarding切換到forwarding狀態，類似于STP中的port fast技術。而link type定義了這條鏈路是point-to-point的還是shared。如果有pt-pt環境下，我們就可以做快速的切換了。

3、MSTP（802.1s）

   STP和RSTP都采用了一棵STP tree，負載分擔不可實現，而CISCO的PVST+與RPVST+采用了每個VLAN一棵生成樹，雖然實現了負載分擔，但是會占用非常多的CPU時間。這也正是MSTP（802.1s）產生的原因。

   MSTP可以將多個VLAN的生成樹映射為一個實例，即vlan map to a instance，我們不需要那么多的生成樹，只需要按照冗余鏈路的條數來得出需要幾棵生成樹。

   如果只有兩條鏈路，并且有1-1000個VLAN，我們可以將1-500定義為instance 1，將501-1000定義到instance 2。只生成兩棵樹1和2，同樣實現了冗余與負載分擔。

MSTP是基于RSTP的，沒有RSTP，MSTP是無法運行的。

另：

PVST+ 與 RPVST+ 模式下：交換機可支持128個STP instance。

MSTP模式下：交換機可支持65個MST instance，當然每個實例中的VLAN數目是無限的。

4.Ether channel

   其實channel技術不僅僅是接口的綁定，通常當我們骨干鏈路帶寬不足的時候，可能會想到綁定多條鏈路，這時候自然會用到ether-channel技 術，它把多條物理接口綁定為一個邏輯接口，最多可綁定8個接口，實現1600G的帶寬綁定效果。但是實際上數據的傳輸過程中仍然是通過物理的接口來轉發的。這就為我們做負載分擔又提出了一種方案。我們可以根據源、目的IP地址來做負載分擔，也就是一條會話。第一條會話走第1個接口，第2條會話自動切換到第2個物理接口去做轉發。。。。。。這樣就不會使大量的數據都通過物理接口1來做轉發了。

   Ether Channel可以通過手動指定，當然也可以動態形成，這就需要提到另外兩種技術，一種是思科私有的PAGP,另外一種是IEEE標準的LACP（802.3ad），我們只需要注意他們的協商方式。

接口模式：on、desirable、auto：

   配置為on時，表示不接受PAGP的動態協商，要完全手工指定，也就是兩端必須一致配置為on模式，否則無法綁定。

   desirable表示主動協商，如對端為desirable或auto都可形成channel。

   auto表示被動協商，如果對端為auto，就無法形成channel，這時必須對端為desirable。

   這其實很好理解，但是為什么要注意它，是因為我們在trunk的建立時，也有幾種類似的模式，而trunk中的這幾種模式非常混亂，無論如何都能動態協商成功，比如on和desirable是可以協商成功的。

   LACP的接口模式有PAGE不同，但是意義類似它們分別是：on、off、passive、active。

到此，相信大家對“服務器的生成樹冗余與負載分擔技術是什么”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是億速云網站，更多相關內容可以進入相關頻道進行查詢，關注我們，繼續學習！