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Smart Link & Monitor Link技術白皮書
關鍵詞：Smart Link，Monitor Link，控製VLAN，FLUSH報文，快速切換，雙上行，鏈路備份
摘 要：Smart Link是一種為雙上行組網提供高效可靠的鏈路備份、負載分擔和快速收斂性能的解決方案。Monitor Link用於監控上行鏈路，以達到讓下行鏈路同步上行鏈路狀態的目的，從而觸發Smart Link的主備鏈路切換，使Smart Link的備份作用更加完善。本文主要介紹了Smart Link和Monitor Link技術的基本概念、運行機製和典型組網應用。
縮略語：
縮略語 | 英文全名 | 中文解釋 |
- | Smart Link | 靈活鏈路 |
- | Monitor Link | 監控鏈路 |
RRPP | Rapid Ring Protection Protocol | 快速環網保護協議 |
STP | Spanning Tree Protocol | 生成樹協議 |
目 錄
2.3 通過Smart Link實現流量的負載分擔... 11
5.1 Smart Link與Monitor Link配合組網... 15
雙上行組網是目前常見的一種組網形式。如圖1所示，Switch A通過Switch B和Switch C雙上行到Switch D。
雖然雙上行組網可以提供鏈路備份，但網絡中的環路（Switch A --> Switch B --> Switch D --> Switch C --> Switch A）會引起廣播風暴，因此，需要采取措施避免環路。一般情況下，可以通過STP來消除環路，但STP的收斂時間較長，會丟失較多流量，不適用於對收斂時間有很高要求的組網環境。另一種高效的環網解決方案RRPP雖然可以提高收斂性能，但是RRPP主要適用於較複雜的環形組網，且配置複雜度較高。基於上述原因，H3C提出了Smart Link技術解決方案。
Smart Link是一種為雙上行組網量身定做的解決方案，具有如下優點：
l 能夠實現在雙上行組網的兩條鏈路正常情況下，隻有一條處於連通狀態，而另一條處於阻塞狀態，從而防止了環路引起的廣播風暴。
l 當主用鏈路發生故障後，流量會在毫秒級的時間內迅速切換到備用鏈路上，保證了數據的正常轉發。
l 配置簡單，便於用戶操作。
Smart Link組也稱為靈活鏈路組，一個Smart Link組包含兩個成員端口，其中一個被指定為主端口（Master Port），另一個被指定為副端口（Slave Port），不同的Smart Link組可以包含同一個端口。正常情況下，隻有一個端口（主端口或副端口）處於轉發（ACTIVE）狀態，另一個端口被阻塞（BLOCK），處於待命（STANDBY）狀態。當處於轉發狀態的端口發生鏈路故障（鏈路故障目前主要是指端口狀態轉為DOWN、以太網OAM鏈路故障等）時，Smart Link組會自動將該端口阻塞，並將原阻塞的處於待命狀態的端口切換到轉發狀態。
圖2 Smart Link技術應用場景圖
如圖2所示組網環境，Switch D的端口GigabitEthernet1/0/1和GigabitEthernet1/0/2組成了一個Smart Link組（用藍色線條標識），端口GigabitEthernet1/0/1處於轉發狀態（用實線標識），端口GigabitEthernet1/0/2處於阻塞狀態（用虛線標識）。Switch E的端口GigabitEthernet1/0/1和GigabitEthernet1/0/2組成了另外一個Smart Link組（用紅色線條標識），端口GigabitEthernet1/0/1處於阻塞狀態（用虛線標識），端口GigabitEthernet1/0/2處於轉發狀態（用實線標識）。
主端口（Master Port）是通過命令行指定的Smart Link組的一種端口角色。Smart Link組的主端口可以是以太網端口（電口或光口），也可以是聚合接口。
如圖2所示組網環境，Switch D的Smart Link組中處於轉發狀態的端口GigabitEthernet1/0/1是主端口，而Switch E的Smart Link組中的端口GigabitEthernet1/0/1雖然被阻塞，但它仍是主端口。
副端口（Slave Port）是通過命令行指定的Smart Link組的另外一種端口角色。Smart Link組的副端口可以是以太網端口（電口或光口），也可以是聚合接口。副端口所在的鏈路也被稱為“備用鏈路”。
如圖2所示組網環境，Switch D的Smart Link組中被阻塞的端口GigabitEthernet1/0/2是副端口，而Switch E的Smart Link組中的端口GigabitEthernet1/0/2雖然處於轉發狀態，但它仍是副端口。
保護VLAN是Smart Link組內承載數據流量的用戶數據VLAN。端口可以加入多個Smart Link組，這些Smart Link組保護不同的VLAN。各Smart Link組分別獨立計算組內端口的轉發狀態。
如圖2所示組網環境，Switch D上可以創建Smart Link組1和Smart Link組2，兩個Smart Link組分別保護不同的VALN，Smart Link組1保護VLAN 1～10，Smart Link組2保護VLAN 11～20，這樣就可以控製兩組VLAN的流量分別通過不同的端口上行。
發送控製VLAN（Control VLAN）是Smart Link組用於廣播發送FLUSH報文（關於FLUSH報文的介紹請參見2.1.6 ）的VLAN。
如圖2所示組網環境，如果在Switch D和Switch E上開啟了FLUSH報文發送功能，當發生鏈路切換時，設備會從新的主用鏈路上在發送控製VLAN內廣播發送FLUSH報文。
接收控製VLAN是上遊設備用於接收並處理FLUSH報文的VLAN。
如圖2所示組網環境，如果Switch D和Switch E的上遊設備（Switch A、Switch B和Switch C）能夠識別FLUSH報文，並開啟了FLUSH報文接收處理功能，當發生鏈路切換時，上遊設備會處理收到的屬於接收控製VLAN的FLUSH報文，進而執行MAC地址轉發表項和ARP表項的刷新操作。
當Smart Link組發生鏈路切換時，原有的轉發表項已經不再適用於新的拓撲網絡，需要對整網進行MAC地址轉發表項和ARP表項的更新。Smart Link通過FLUSH報文來通知其他設備進行表項的刷新操作。
FLUSH報文采用IEEE802.3封裝，包括Destination MAC、Source MAC、Control VLAN ID和VLAN Bitmap等信息字段。FLUSH報文格式如圖3所示。
圖3 FLUSH報文格式
l Destination MAC為未知組播地址。可以通過判斷該地址是否為0x010F-E200-0004來區分該報文是否為FLUSH報文。
l Source MAC表示發送FLUSH報文的設備的接口MAC地址，如果該接口沒有MAC地址，則使用二層協議的缺省MAC地址。
l Control Type表示控製類型。目前隻有刪除MAC地址轉發表項和ARP表項一種（0x01）。
l Control Version表示版本號。當前版本號為0x00，用於後續版本的擴展。
l Device ID表示發送FLUSH報文的設備的橋MAC地址。
l Control VLAN ID表示發送控製VLAN的ID號。
l Auth-mode表示認證模式，和Password一起使用，便於以後進行安全性擴展。
l VLAN Bitmap表示VLAN位圖，用於攜帶需要刷新地址表的VLAN列表。
l FCS表示幀校驗和，用於檢查報文的合法性。
下麵以圖4所示的組網為例，按照鏈路正常-->鏈路故障-->鏈路恢複的過程，來介紹Smart Link的工作機製。
圖4 Smart Link運行機製示意圖
Switch A的端口GigabitEthernet1/0/1為主端口，端口GigabitEthernet1/0/2為副端口。雙上行鏈路都正常的情況下，主端口處於轉發狀態，所在的鏈路是主用鏈路，副端口處於待命狀態，所在鏈路是備用鏈路。數據沿著藍色線條所表示的鏈路進行傳輸，網絡中不存在環路，避免產生廣播風暴。
當Switch A的主用鏈路發生故障時，主端口GigabitEthernet1/0/1切換到待命狀態，副端口GigabitEthernet1/0/2切換到轉發狀態。此時，網絡中各設備上的MAC地址轉發表項和ARP表項可能已經錯誤，需要提供一種MAC及ARP更新的機製，完成流量的快速切換，以免造成流量丟失。目前更新機製有以下兩種。
這種方式適用於上遊設備（如圖4中的Switch B、Switch C和Switch D）支持Smart Link功能，能夠識別FLUSH報文的情況。
為了實現快速鏈路切換，需要在Switch A上開啟FLUSH報文發送功能，在上遊設備所有處於雙上行網絡上的端口開啟接收處理FLUSH報文功能。
(1) Switch A發生鏈路切換後，會從新的主用鏈路上發送FLUSH報文，即從GigabitEthernet1/0/2端口發送FLUSH報文。FLUSH報文的VLAN Bitmap字段填充鏈路切換前組內處於轉發狀態的GigabitEthernet1/0/1端口所在Smart Link組的保護VLAN ID，Control VLAN ID字段填充Smart Link組配置的發送控製VLAN ID。
(2) 當上遊設備收到FLUSH報文時，判斷該FLUSH報文的發送控製VLAN是否在收到報文的端口配置的接收控製VLAN列表中。如果不在接收控製VLAN列表中，設備對該FLUSH報文不做處理，直接轉發；如果在接收控製VLAN列表中，設備將提取FLUSH報文中的VLAN Bitmap數據，將設備在這些VLAN內學習到的MAC及ARP表項刪除。
此後，如果Switch D收到目的設備為Switch A的數據報文，對於需要進行二層轉發的報文，Switch D會通過二層廣播方式進行轉發；對於需要進行三層轉發的報文，設備會通過ARP探測方式先更新ARP表項，然後將報文轉發出去。這樣，數據流量就可以正確地進行發送。
& 說明：
l 為了保證FLUSH報文在發送控製VLAN內正確傳送，請確保雙上行網絡上的所有端口都屬於發送控製VLAN。否則，FLUSH報文將發送或轉發失敗。
l 建議用戶以保留Tag的方式發送FLUSH報文，若想以去掉Tag的方式發送FLUSH報文，需確保對端端口缺省VLAN和發送控製VLAN一致，否則將導致FLUSH報文不在發送控製VLAN內傳送。
這種方式適用於與不支持Smart Link功能的設備（包括其他廠商設備）對接的情況，需要有上行流量觸發。
l 如果沒有來自Switch A的上行流量去觸發Switch D的MAC及ARP表項更新，那麼當Switch D收到目的設備為Switch A的數據報文時，Switch D仍會通過端口GigabitEthernet1/0/1轉發出去，但報文已經不能到達Switch A，流量中斷，直到其MAC或ARP表項自動老化。
l 如果Switch A有上行流量要發送，但由於Switch A的MAC及ARP表項也是錯誤的，所以直到其表項自動老化、重新學習後，流量才能被發送出去。當上行流量通過端口GigabitEthernet1/0/2到達設備Switch D後，Switch D會更新自己的MAC及ARP表項，那麼當Switch D再收到目的設備為Switch A的數據報文時，Switch D會通過端口GigabitEthernet1/0/2轉發出去，報文就可以經由Switch C到達Switch A。
通過FLUSH報文通知設備更新的機製無須等到表項老化後再進行更新，可以大大減少表項更新所需時間。一般情況下，鏈路的整個切換過程可在毫秒級的時間內完成的，基本無流量丟失。
Smart Link組支持兩種模式：角色搶占模式和非角色搶占模式。不同模式下的鏈路恢複機製不同：
l 如果Smart Link組配置為角色搶占模式，當主用鏈路故障恢複後，主端口將搶占為轉發狀態，副端口則進入待命狀態。隻有當主用鏈路故障時，副端口才會從待命狀態切換到轉發狀態。
l 如果Smart Link組配置為非角色搶占模式，當主用鏈路故障恢複後，副端口將繼續處於轉發狀態，主端口繼續處於待命狀態，這樣可以保持流量的穩定。
如圖4所示組網環境，當Switch A的端口GigabitEthernet1/0/1的鏈路恢複後，如果該Smart Link組配置為角色搶占模式，則端口GigabitEthernet1/0/2將阻塞並切換到待命狀態，而端口GigabitEthernet1/0/1將搶占到轉發狀態。而如果配置為非角色搶占模式，端口GigabitEthernet1/0/1仍將繼續處於待命狀態，不進行流量切換，從而保持流量穩定。
在同一個雙上行鏈路組網中，可能同時存在多個VLAN的數據流量，Smart Link可以實現流量的負載分擔，即不同VLAN的流量沿不同的路徑進行轉發。通過把上行鏈路的端口分別配置為兩個Smart Link組的成員（每個Smart Link組的保護VLAN不同），且端口在不同組中的轉發狀態不同，這樣就能實現不同Smart Link組保護VLAN的流量轉發路徑不同，從而達到負載分擔的目的。
在實現負載分擔時，建議將Smart Link組配置為角色搶占模式，否則無法保證流量按照用戶的想法一直在兩條鏈路上進行分擔。因為，如果配置為非角色搶占模式，剛開始可以實現流量分流，但鏈路故障後所有流量將集中在同一條鏈路上傳輸，鏈路恢複後流量繼續在同一條鏈路上傳輸，這樣就無法達到負載分擔的目的。
如圖4所示組網環境，在Switch A上創建兩個Smart Link組，每個Smart Link組保護的VLAN不同，但均配置為角色搶占模式。Smart Link組1的主端口為GigabitEthernet1/0/1，副端口為GigabitEthernet1/0/2，保護VLAN為VLAN 1～10；Smart Link組2的主端口為GigabitEthernet1/0/2，副端口為GigabitEthernet1/0/1，保護VLAN為VLAN 11～20。兩個Smart Link組中的主端口均處於轉發狀態。這樣，VLAN 1～10的流量將沿著藍色線條所表示的鏈路進行傳輸，VLAN 11～20的流量將沿著紅色線條所表示的鏈路進行傳輸，從而實現VLAN流量的負載分擔。
l 開啟了STP、RRPP的端口不能作為Smart Link組的成員端口。
l 聚合組成員端口、業務環回組成員端口不能作為Smart Link組的成員端口。
圖5 Monitor Link技術產生背景組網圖
如圖5所示組網環境，Switch A上配置了Smart Link功能用於鏈路冗餘備份，GigabitEthernet1/0/1為主端口，GigabitEthernet1/0/2為副端口。
當端口GigabitEthernet1/0/1所在主用鏈路出現故障時，流量在毫秒級的時間內切換到端口GigabitEthernet1/0/2所在的備用鏈路上，從而實現了高效可靠的鏈路備份和快速收斂性能。
但是，當Switch B的上行端口GigabitEthernet1/0/1所在鏈路出現故障時，配置Smart Link組的設備Switch A由於其主端口GigabitEthernet1/0/1所在鏈路並未發生故障，所以此時不會出現Smart Link組內的鏈路切換。但實際上Switch A上的流量已經無法通過端口GigabitEthernet1/0/1的鏈路上行到Switch D，流量就此中斷。為了解決這類問題，Monitor Link技術應運而生。
Monitor Link是對Smart Link技術的有力補充。Monitor Link用於監控上行鏈路，以達到讓下行鏈路同步上行鏈路狀態的目的，使Smart Link的備份作用更加完善。
Monitor Link組也稱為監控鏈路組，由一個或多個上行和下行端口組成。下行端口的狀態隨上行端口狀態的變化而變化。
圖6 Monitor Link概念介紹示意圖
如圖6所示，Switch A的端口GigabitEthernet1/0/1、GigabitEthernet1/0/2和GigabitEthernet1/0/3組成了一個Monitor Link組。
上行端口（Uplink Port）是Monitor Link組中的監控對象，是通過命令行指定的Monitor Link組的一種端口角色。Monitor Link組的上行端口可以是以太網端口（電口或光口）或聚合接口。
如圖6所示，Switch A的端口GigabitEthernet1/0/1為該設備上配置的Monitor Link組的上行端口。
如果多個端口被配置為Monitor Link組的上行端口，隻要這些端口中有一個端口處於轉發狀態，那麼Monitor Link組的狀態就為UP；隻有當所有上行端口都發生故障時，Monitor Link組的狀態才為DOWN，這時所有下行端口將都將被關閉。當Monitor Link組的上行端口未指定時，則認為上行端口故障，所有下行端口都將被關閉。
下行端口（Downlink Port）是Monitor Link組中的監控者，是通過命令行指定的Monitor Link組的另外一種端口角色。Monitor Link組的下行端口可以是以太網端口（電口或光口）或聚合接口。
如圖6所示，Switch A的端口GigabitEthernet1/0/2和GigabitEthernet1/0/3為該設備上配置的Monitor Link組的兩個下行端口。
& 說明：
當Monitor Link組的上行端口恢複正常時，Monitor Link隻會開啟因上行端口故障而阻塞的下行端口，不能開啟手工關閉的下行端口。並且某個下行端口故障對上行端口和其他下行端口沒有影響。
如圖7所示組網環境，為了實現主機到Internet的可靠訪問在Switch A上配置了Smart Link組。其中，GigabitEthernet1/0/1為主端口處於轉發狀態，GigabitEthernet1/0/2為副端口。
圖7 Monitor Link運行機製示意圖
為了防止出現因Switch B的端口GigabitEthernet1/0/1所在鏈路故障所引起Switch A的流量無法上行的現象，在Switch B上配置了Monitor Link組，並指定端口GigabitEthernet1/0/1為上行端口，GigabitEthernet1/0/2為下行端口。
當Switch B的上行端口GigabitEthernet1/0/1所在鏈路出現故障時，Monitor Link組強製關閉該組的下行端口GigabitEthernet1/0/2，從而觸發Switch A上Smart Link組的鏈路切換。
當Switch B的上行端口GigabitEthernet1/0/1所在鏈路故障恢複時，下行端口GigabitEthernet1/0/2也將被開啟，如果Switch A上Smart Link組配置為角色搶占模式，則同樣會觸發Switch A上Smart Link組的鏈路切換，否則等待下一次鏈路切換。
這樣，Monitor Link技術配合Smart Link技術實現了高效可靠的鏈路備份和快速收斂性能。
聚合組成員端口、業務環回組成員端口不能作為Monitor Link組的成員端口。
圖8描述的是一個典型的雙上行組網，是Smart Link及Monitor Link技術的主要應用場景。
圖8 Smart Link與Monitor Link配合組網圖
在該組網環境中，Smart Link配置在Switch D和Switch E上。通過配置多個Smart Link組並保護不同的VLAN，這些VLAN的流量分別沿雙上行鏈路的不同路徑轉發，實現負載分擔的目的。當Switch B與Switch D或Switch C與Switch E之間的鏈路出現故障時，Smart Link組迅速感知並進行鏈路的切換。
為了使Switch D（或Switch E）能直接感知Switch A與Switch B（或Switch C）之間的鏈路故障，還需要在Switch B（或Switch C）上配置了Monitor Link組，端口GigabitEthernet1/0/1作為上行端口，端口GigabitEthernet1/0/2和GigabitEthernet1/0/3分別作為對應的下行端口。
Monitor Link組一旦檢測到上行端口所在鏈路故障，將強製關閉下行端口，從而觸發Switch D和Switch E上的Smart Link組內的鏈路切換。當上行端口或鏈路故障恢複時，下行端口將自動開啟，從而使Switch D（或Switch E）能夠迅速感知Switch A與Switch B（或Switch C）之間鏈路狀態的變化。
圖9描述的是Smart Link及Monitor Link技術級聯的實現組網應用，達到更加可靠的鏈路備份的目的。
Monitor Link組支持Smart Link組成員端口作為其上行成員端口，Smart Link和Monitor Link技術結合起來可以實現備份鏈路的級聯。
具體的實現方法為：將一個Smart Link組所有成員端口作為一個Monitor Link組的上行端口，而該Monitor Link組下行端口的對端端口為另外一個Smart Link組的主端口或者副端口（如圖9所示）。
圖9 Smart Link級聯組網圖
圖9中，各設備Smart Link與Monitor Link配置情況如表1所示。
表1 圖9Smart Link與Monitor Link配置一覽表
Switch | Smart Link Group 1 | Monitor Link Group 1 | ||
Master Port | Slave Port | Uplink Port | Downlink Port | |
Switch C | GE1/0/1 | GE1/0/2 | GE1/0/1、GE1/0/2 | GE1/0/3 |
Switch J | GE1/0/1 | GE1/0/2 | GE1/0/1、GE1/0/2 | GE1/0/3 |
Switch F | GE1/0/1 | GE1/0/2 | 未創建Monitor Link組 | |
由表1可知，圖9中紅色線條表示的鏈路部分為第一級的Smart Link備份鏈路，藍色線條表示的鏈路部分為第二級的Smart Link備份鏈路。
圖10描述的是Smart Link和RRPP混合組網應用。
在該組網環境中，Switch A、Switch B、Switch C和Switch D上開啟了RRPP協議提供鏈路冗餘備份。
如果通過配置STP來實現鏈路備份的話，要求Switch C、Switch D和Switch E相連的所有端口都開啟STP功能。因為Switch C和Switch D相連的兩個端口已經開啟了RRPP功能，不能再開啟STP 功能，所以Switch E上的鏈路備份可以通過配置Smart Link組來實現，這樣比在Switch C、Switch D和Switch E上配置RRPP子環更簡單方便，同時還適用於Swtich E不支持RRPP的場合。
圖10 Smart Link與RRPP混合組網圖
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