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链路聚合与故障转移

Table of Contents

概述

FreeBSD 提供了 lagg(4) 接口，可将多个网络接口聚合为一个虚拟接口，以提供 故障转移 和 链路聚合 

只要至少一个聚合接口的链路有效，故障转移即可保障流量继续传输

链路聚合在支持 LACP 的交换机上效果最佳，因为该协议双向分配流量，并能响应单个链路的故障

lagg 接口支持的 聚合协议 决定了哪些端口用于发送流量以及是否允许特定端口接收流量。以下是 lagg(4) 支持的协议：

  • failover: 此模式仅通过主端口发送和接收流量
    • 如果主端口不可用，则使用下一个活动端口
    • 第一个添加到虚拟接口的接口为主端口，所有后续添加的接口将用作故障转移设备
    • 如果发生故障转移到非主端口，则当原始端口恢复后，其将重新成为主端口

  • loadbalance : 提供静态设置，不与对端协商聚合或交换帧来监控链路 

    如果交换机支持 LACP，应使用 LACP 协议
  • lacp: IEEE 802.3ad 链路聚合控制协议 LACP 与对端协商一组可聚合的链路，形成一个或多个 链路聚合组 LAG

    • 每个 LAG 由相同速率、全双工操作的端口组成，并且流量会根据 LAG 的最大总速度在端口之间进行平衡 

      通常，只有一个 LAG 包含所有端口
    • 在物理连接发生变化时，LACP 会快速收敛到新的配置

    • LACP 基于哈希的协议头信息平衡外发流量，并接受任何活动端口的入站流量 

      哈希包括以太网源和目标地址，若可用，还包括 VLAN 标签，以及 IPv4 或 IPv6 的源和目标地址

  • roundrobin : 此模式通过所有活动端口使用轮询调度器分配外发流量，并接受任何活动端口的入站流量 

    由于此模式可能导致以太网帧乱序，因此应谨慎使用
  • broadcast: 此模式将外发流量发送到配置在 lagg 接口上的所有端口，并从任何端口接收帧 lagg 聚合架构示意：
应用层流量
   │
   ▼
lagg0 虚拟接口（聚合/故障转移）
   │
   ├── em0（主端口）
   ├── em1（备用）
   └── em2（备用）...
   │
   ▼
物理交换机（LACP/普通交换机）

故障转移（failover）模式： 

em0（主）链路正常 ──► em0 活跃，em1 待机
em0（主）链路断开 ──► em0 待机，em1 活跃
em0 恢复 ──► em0 重新成为活跃主端口

LACP 模式： 

em0 ◄══ LACP 协商 ══► 交换机端口 1
em1 ◄══ LACP 协商 ══► 交换机端口 2
...
基于哈希的负载均衡（L2/L3/L4）

示例

本节演示如何配置交换机和 FreeBSD 系统以实现 LACP 负载均衡

随后介绍如何将两个以太网接口配置为故障转移模式

以及如何在以太网接口和无线接口之间配置故障转移模式

使用交换机进行 LACP 聚合

本示例将 FreeBSD 机器上的两个以太网接口与交换机上的前两个以太网端口连接，作为一个负载均衡和故障容错链路

可添加更多接口以增加吞吐量和容错能力。须将示例中的交换机端口、以太网设备和 IP 地址替换为实际配置

以太网链路要求帧保持顺序，因此两个站点之间的同一流量始终通过同一物理链路，单条流量的最大速率受限于单个接口的带宽。传输算法会尽可能多地利用信息来区分不同的流量，并将流量均衡分配到可用的接口上。

  1. 在 FreeBSD 系统上，使用物理接口 ue0 和 ue1 创建 lagg(4) 接口： 

    $ ifconfig lagg0 create
$ ifconfig lagg0 up laggproto lacp laggport ue0 laggport ue1
$ ifconfig ue0 up
$ ifconfig ue1 up

  2. 并为该接口分配 IP 地址： 

    $ dhclient lagg0

  3. 验证虚拟接口的状态： 

    $ ifconfig lagg0

lagg0: flags=1008843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST,LOWER_UP> metric 0 mtu 1500
options=8000b<RXCSUM,TXCSUM,VLAN_MTU,LINKSTATE>
ether f8:e4:3b:5a:b2:04
hwaddr 00:00:00:00:00:00
inet 192.168.31.21 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.31.255
laggproto lacp lagghash l2,l3,l4
laggport: ue0 flags=1c<ACTIVE,COLLECTING,DISTRIBUTING>
laggport: ue1 flags=1c<ACTIVE,COLLECTING,DISTRIBUTING>
groups: lagg
media: Ethernet autoselect
status: active
nd6 options=29<PERFORMNUD,IFDISABLED,AUTO_LINKLOCAL>

    • 标记为 ACTIVE 的端口是与远程交换机协商的 LAG 部分。流量将通过这些活动端口发送和接收 

      可以将 -v 添加到上述命令中，以查看 LAG 标识符

为使此配置在重启后仍然生效，需在 FreeBSD 系统的 /etc/rc.conf 文件中添加以下条目： 

ifconfig_ue0="up"
ifconfig_ue1="up"
cloned_interfaces="lagg0"
ifconfig_lagg0="laggproto lacp laggport ue0 laggport ue1 DHCP"

故障转移模式

故障转移模式可用于在主接口的链路丢失时切换到备用接口。要配置故障转移，须确保底层物理接口已启用，然后创建 lagg(4) 接口。在此示例中，em0 是主接口，em1 是备用接口，虚拟接口通过 DHCP 分配 IP 地址： 

$ ifconfig lagg0 create
$ ifconfig lagg0 up laggproto failover laggport em0 laggport em1
$ dhclient lagg0
$ ifconfig em0 up
$ ifconfig em1 up

虚拟接口的状态应如下所示： 

$ ifconfig lagg0

lagg0: flags=1008843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST,LOWER_UP> metric 0 mtu 1500
options=4e504bb<RXCSUM,TXCSUM,VLAN_MTU,VLAN_HWTAGGING,JUMBO_MTU,VLAN_HWCSUM,LRO,VLAN_HWFILTER,VLAN_HWTSO,RXCSUM_IPV6,TXCSUM_IPV6,HWSTATS,MEXTPG>
ether 00:50:56:29:a9:45
hwaddr 00:00:00:00:00:00
inet 192.168.5.5 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.5.255
laggproto failover lagghash l2,l3,l4
laggport: em0 flags=5<MASTER,ACTIVE>
laggport: em1 flags=0<>
groups: lagg
media: Ethernet autoselect
status: active
nd6 options=829<PERFORMNUD,IFDISABLED,AUTO_LINKLOCAL,STABLEADDR>

流量将在 em0 上发送和接收

如果 em0 上的链路丢失，em1 将成为活动链路

如果主接口的链路恢复，它将重新成为活动链路

为使此配置在重启后仍然生效，需在 /etc/rc.conf 文件中添加以下条目： 

ifconfig_em0="up"
ifconfig_em1="up"
cloned_interfaces="lagg0"
ifconfig_lagg0="laggproto failover laggport em0 laggport em1 DHCP"

以太网与无线接口之间的故障转移模式

对于笔记本电脑用户，通常需将无线设备配置为备用接口，仅在以太网连接不可用时使用

使用 lagg(4) 可配置故障转移模式，出于性能和安全性考虑

优先选择以太网连接，同时保持通过无线连接传输数据的能力

此配置通过将以太网接口的 MAC 地址覆写为无线接口的 MAC 地址来实现 

理论上，以太网或无线 MAC 地址都可更改以匹配对方

然而，部分常见的无线接口不支持覆盖 MAC 地址，因此建议覆写以太网 MAC 地址

在此示例中，em0 是主接口，wlan0 是故障转移接口。wlan0 接口是由 rtwn0 物理无线接口创建的，并且以太网接口将配置为无线接口的 MAC 地址

  1. 首先，启用无线接口，须将 rtwn0 替换为系统的无线接口名称： 

    $ ifconfig wlan0 create wlandev rtwn0

    须将无线接口的驱动程序添加到 /etc/rc.conf 的 kld_list 中以加载驱动程序，然后重启

否则在设置 lagg(4) 接口时驱动程序尚未加载将影响正常运行

  2. 现在可确定无线接口的 MAC 地址： 

    $ ifconfig wlan0 ether

wlan0: flags=8802<BROADCAST,SIMPLEX,MULTICAST> metric 0 mtu 1500
options=200001<RXCSUM,RXCSUM_IPV6>
ether 20:0d:b0:c4:ab:59

    ether 行将显示指定接口的 MAC 地址

  3. 将以太网接口的 MAC 地址更改为无线网卡的 MAC 地址： 

    $ ifconfig em0 ether 20:0d:b0:c4:ab:59

  4. 确保 em0 接口已启用，然后创建 lagg(4) 接口，以 em0 作为主接口并故障转移到 wlan0： 

    $ ifconfig em0 up
$ ifconfig lagg0 create
$ ifconfig lagg0 up laggproto failover laggport em0 laggport wlan0

  5. 启动 DHCP 客户端以获取 IP 地址： 

    $ dhclient lagg0

  6. 虚拟接口的状态应如下所示： 

    $ ifconfig lagg0

lagg0: flags=1008843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST,LOWER_UP> metric 0 mtu 1500
options=4e504bb<RXCSUM,TXCSUM,VLAN_MTU,VLAN_HWTAGGING,JUMBO_MTU,VLAN_HWCSUM,LRO,VLAN_HWFILTER,VLAN_HWTSO,RXCSUM_IPV6,TXCSUM_IPV6,HWSTATS,MEXTPG>
ether 20:0d:b0:c4:ab:59
hwaddr 00:00:00:00:00:00
inet 192.168.5.7 netmask 0xffffff00 broadcast 192.168.5.255
laggproto failover lagghash l2,l3,l4
laggport: em0 flags=5<MASTER,ACTIVE>
groups: lagg
media: Ethernet autoselect
status: active
nd6 options=829<PERFORMNUD,IFDISABLED,AUTO_LINKLOCAL,STABLEADDR>

为使此配置在重启后仍然生效，需在 /etc/rc.conf 文件中添加以下条目： 

ifconfig_em0="ether 20:0d:b0:c4:ab:59"
wlans_rtwn0="wlan0"
ifconfig_wlan0="WPA"
cloned_interfaces="lagg0"
ifconfig_lagg0="up laggproto failover laggport em0 laggport wlan0 DHCP"
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