EtherChannel技術的研究與實現(xiàn)

馬素剛

（西安郵電大學 計算機學院，西安 710121）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)服務領域的不斷拓展，視頻點播、網(wǎng)絡電話等對網(wǎng)絡帶寬提出了更高的要求，原有網(wǎng)絡的帶寬可能無法滿足各種服務進一步發(fā)展的需要。對網(wǎng)絡設備進行升級是解決網(wǎng)絡帶寬瓶頸最直接的方法，但需要增加更多的成本。在必須更換設備前，鏈路聚合技術可以作為一種過渡性的解決方法。鏈路聚合技術[1]是將多條物理鏈路聚合成一條邏輯鏈路使用，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流量由邏輯鏈路中的所有物理鏈路共同承擔。EtherChannel(以太通道)是Cisco公司開發(fā)的一種鏈路聚合技術，它把多個物理端口進行綁定，形成一個邏輯端口。聚合以后形成的單條鏈路帶寬是所有物理鏈路的帶寬總和。這一技術充分利用了現(xiàn)有的端口來增加可用帶寬。

1 EtherChannel配置協(xié)議

目前，有兩種用于協(xié)商以太通道的協(xié)議，即PAgP(Port Aggregation Protocol，端口匯聚協(xié)議)和LACP(Link Aggregation Control Protocol，鏈路匯聚控制協(xié)議)。PAgP是Cisco的專有協(xié)議，而LACP是基于業(yè)界標準802.3ad的協(xié)議。

1.1 PAgP協(xié)議

PAgP協(xié)議可以運行于Cisco設備或其他授權廠商的設備之上，通過在端口上交換分組來自動創(chuàng)建以太通道。PAgP通過檢查鏈路兩側端口參數(shù)，動態(tài)地將參數(shù)一致的端口組合為一個邏輯鏈路，并且?guī)椭ǖ肋m應鏈路失效或增加[2]。PAgP能夠防止由于通道配置不當所致的STP環(huán)路或數(shù)據(jù)包丟失。PAgP協(xié)議有4種工作模式，即開啟(On)、關閉(Off)、自動(Auto)和企望(Desirable)。

1）On：端口總是被捆綁成一個以太通道，這些端口對PAgP數(shù)據(jù)包不進行處理，因此并沒有發(fā)生協(xié)商。這種模式要求鏈路兩側以太通道都工作于On模式。

2）Off：這種模式下禁止端口形成以太通道。

3）Auto：端口進入被動協(xié)商狀態(tài)，不會主動發(fā)起協(xié)商。如果端口接收到PAgP數(shù)據(jù)包，將開始協(xié)商形成以太通道。Auto是默認的工作模式。

4）Desirable：端口主動發(fā)送PAgP數(shù)據(jù)包，與對方協(xié)商形成以太通道。配置PAgP協(xié)議時，推薦使用Desirable工作模式。

PAgP各種工作模式的協(xié)商規(guī)律如表1所示，表中“√”表示能夠協(xié)商成功，“×”表示協(xié)商不成功。

表1 PAgP協(xié)商規(guī)律

1.2 LACP協(xié)議

LACP協(xié)議是各廠家均支持的標準協(xié)議[3]，其功能與PAgP類似。LACP協(xié)議也具有4種協(xié)商模式，即開啟(On)、關閉(Off)、被動(Passive)和主動(Active)。

1）On：強制端口形成以太通道，并且不使用LACP。On模式下，如果希望以太通道協(xié)商成功，鏈路兩側必須同時處于On模式。

2）O ff：工作于該模式下的端口將被禁止加入以太通道。

3）Passive：類似PAgP協(xié)議的Auto模式，這種模式的端口不會主動發(fā)起EtherChannel協(xié)商。如果端口接收到LACP數(shù)據(jù)包，將會協(xié)商形成以太通道。這種模式是LACP的默認工作模式。

4）Active：類似PAgP的Desirable模式，這種模式的端口主動發(fā)送LACP數(shù)據(jù)包協(xié)商形成以太通道。配置LACP協(xié)議時，推薦使用這種模式。

LACP的協(xié)商規(guī)律如表2所示，表中“√”表示能夠協(xié)商成功，“×”表示協(xié)商不成功。

表2 LACP協(xié)商規(guī)律

2 EtherChannel的優(yōu)點

EtherChannel在提供高帶寬的同時，還具有冗余容錯和負載均衡能力。

2.1 冗余容錯

當匯聚鏈路中的一條或多條鏈路發(fā)生故障失效后，EtherChannel會自動將數(shù)據(jù)流量重新分配到剩余的鏈路中，繼續(xù)進行數(shù)據(jù)流量的轉發(fā)。這種自動恢復所需要的時間非常短，對于網(wǎng)絡應用和最終用戶都是透明的，不會造成明顯的連接損失[4]。

2.2 負載均衡

以太通道技術支持跨越多個端口的流量負載均衡。當數(shù)據(jù)包被轉發(fā)時，管理員可以根據(jù)網(wǎng)絡的實際情況使用不同的負載均衡方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)包從不同的端口轉發(fā)。

在以太通道中，各條鏈路可以根據(jù)源IP地址、目標IP地址、源MAC地址和目標MAC地址等多種方式進行負載均衡。使用這種方式可以保證通道中的所有鏈路都被利用，但不保證所有端口的利用率相同。實現(xiàn)負載均衡的方法是，以數(shù)據(jù)包中的地址為參數(shù)，采用某種散列(Hash)算法，把算法執(zhí)行的結果與某條鏈路關聯(lián)。

在交換機之間通過EtherChannel捆綁了多條鏈路后，默認執(zhí)行基于源MAC的負載均衡[5]。當數(shù)據(jù)包轉發(fā)到以太通道上時，會根據(jù)進入數(shù)據(jù)包的源MAC地址，在通道內的多個端口之間進行分配。因此，來自不同主機的包使用通道內的不同端口，而來自相同主機的包則使用通道內的同一端口，以此來實現(xiàn)負載均衡。管理員只能改變EtherChannel負載均衡方式，但無法改變每條物理鏈路上的流量比例。

3 EtherChannel的實現(xiàn)

使用Catalyst 3550交換機2臺（S1、S2）、PC機4臺(PC1、PC2、PC3、PC4)搭建如圖1所示網(wǎng)絡。正確配置PC機的網(wǎng)絡參數(shù)，確保4臺PC處于同一個局域網(wǎng)中。在交換機S1、S2之間，四個端口(f0/1-4)分別用交叉線直接互連，配置以太通道。PC1、PC2位于VLAN 2中，PC3、PC4位于VLAN3中。

圖1 網(wǎng)絡連接拓撲圖

3.1 配置EtherChannel

3.2 配置VLAN

3.3 配置負載均衡

4 結論

正確連接網(wǎng)絡后，如果沒有配置EtherChannel，STP[7]（Spanning Tree Protocol，生成樹協(xié)議）使得交換機S1、S2之間只能有一條鏈路工作。此時用ping命令測試可以看出，4臺計算機之間可以相互通信。

配置EtherChannel后，位于交換機S1、S2之間的4條鏈路可以同時工作，4臺計算機之間也可以相互通信。用命令“show interfaces port-channel 1”能夠查看匯聚生成的邏輯端口的信息(例如：帶寬)；用命令“show spanning-tree”可以看出，STP已經(jīng)把4條物理鏈路當作一條邏輯鏈路來處理。斷開以太通道中的某些物理連接后，用ping命令測試的結果顯示，只要通道中還有物理鏈路存在，就不會影響PC機之間的連通性。

配置VLAN[8]（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）時，將捆綁后的以太通道看作了一條帶寬更高的鏈路使用，這里把該鏈路配置為trunk鏈路。此時，位于VLAN2的PC1、PC2可以通信，位于VLAN 3的PC3、PC4可以通信。但是，位于不同VLAN的PC機之間不可相互通信，即PC1(或PC2)與PC3 (或PC4)之間不能通信。

以上測試過程說明，EtherChannel技術能夠充分利用已有端口提高鏈路帶寬，同時能夠實現(xiàn)鏈路的冗余容錯和負載均衡。搭建的網(wǎng)絡拓撲及配置過程比較簡單，但是對于EtherChannel技術在網(wǎng)絡骨干部分的部署具有一定的現(xiàn)實指導意義。

[1] 羅紅艷.鏈路聚合技術在PTN網(wǎng)絡中的應用探索.科技經(jīng)濟市場[J],2011,(9):3-5.

[2] Richard Froom，Balaji Sivasubramanian，Erum Frahim,著.劉大偉,袁國忠,譯.CCNP自學指南:組建Cisco多層交換網(wǎng)絡(BCMSN)(第2版)[M].北京:人民郵電出版社,2004.

[3] 鄭濤,郭裕順.基于LACP協(xié)議的鏈路聚合狀態(tài)機模塊的實現(xiàn).計算機系統(tǒng)應用[J],2010,19(5):104-108.

[4] 李曉忠.利用以太網(wǎng)通道技術實現(xiàn)線路熱備.計算機時代[J],2011,(3):18-19.

[5] 姜丹丹.路由與交換技術實戰(zhàn)入門與提高[M].北京:科學出版社,2012．

[6] 吳建勝.路由交換技術[M].北京:清華大學出版社,2010.

[7] 劉杰,武貴路,周濤,黃術東,凃樸.支持流量檢測的EPA網(wǎng)橋STP協(xié)議研究與實現(xiàn).制造業(yè)自動化[J],2011,33(4)：51-53.

[8] Andrew S. Tanenbaum,David J. Wetherall,著.嚴偉,潘愛民,譯.計算機網(wǎng)絡(第5版)[M].北京:清華大學出版社,2012.