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Dezembro, 2013

Link Aggregation IEEE 802.3ad

Uma Visão Geral

Marcelo Fernandes

Systems Engineer


Introdução

• Link Aggregation (LA): Combinação de múltiplos enlaces físicos funcionando como um único enlace lógico.

• Link Aggregation Group (LAG): Um grupo de enlaces físicos que formam uma agregação. Cada porta física pode ser membro de um único LAG.

• Link Aggregation Control Protocol (LACP): O protocolo especificado pelo IEEE 802.3.ad-2000 para padronizar Link Aggregation (IEEE 802.1AX-2008 em 3 Novembro 2008).

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Objetivos de LA

• Aumento de banda – múltiplos enlaces combinados em um enlace lógico

• Incremento de banda linear – incremento em múltiplos de uma unidade

• Aumento da disponibilidade – falha de um enlace participante do LAG não pode causar interrupções para os usuários

• Balanceamento de tráfego – o tráfego pode ser distribuído pelos enlaces que formam o LAG

• Auto Configuração – no caso de mudança das conexões fisicas

• Rápida configuração e reconfiguração – no caso de mudança das conexões fisicas

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Link Aggregation Estático vs Dinâmico

• Estático e dinâmico se referem ao método de configuração, e não à forma como o tráfego é distribuído pelos enlaces

• Na configuração estática, as portas do switch das duas pontas do enlace têm que ser configuradas

• Na configuração dinâmica, as pontas configuradas negociam para formar o LAG

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Link Aggregation e LACP

• Usa IEEE 802.3ad Link Aggregation Control Protocol para:

– Determinar dinamicamente se o LA é possível com o switch vizinho

– Adiciona e retira portas do LAG dinamicamente

– LACP é configurado independentemente em cada LAG

• A adição de LACP provê as seguintes melhorias em comparação ao provisionamento estático de link aggregation:

– Configuração automática

– Rápida reconfiguração e reconfiguração

– Comportamento determinístico

– Baixíssimo risco de duplicação ou desordem

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LACPDUs

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LACPDUs

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• Uma porta que suporta LACP possui três estados possíveis:

– LACP Passivo

– LACP Ativo

– LACP Desabilitado

• Para usar o modo dinâmico do LACP, ao menos um lado deve ser configurado para modo LACP ativo. No modo ativo:

– Cada porta configurada enviará LACPDUs de controle

– Eles identificam a porta física, a configuração da porta (velocidades, duplex, etc) e o endereço MAC do switch

• Portas passivas respondem aos LACPDUs de uma porta ativa

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• Operação do LACP

– LAG tem que ser criado com LACP

• LACP está desabilitado

• As portas se tornam ativas de acordo com o limite do hardware.

• Há switches que suportam 16 portas num LAG, onde 8 portas são ativas

• As portas adicionais são standby

• Quando uma porta ativa falha, a porta em standby é dinamicamente adicionada ao LAG

– O LAG é somente habilitado quando LACP detecta que o outro lado também usa LACP

• Portas são adicionadas ao LAG ao receber os LACPDUs

• Portas são removidas do LAG se LACPDUs não são recebidos

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Algoritmos para Link Aggregation

• Link Aggregation baseado em endereço

– Pacotes são distribuídos conforme informações do cabeçalho do pacote

– Realiza “hash” usando os campos:

• MAC (L2), IPv4 (L3 ou L3 & L4), IPv6 (L3 ou L3 & L4)

• Seleção de porta do LAG não determinística

• Pacotes recebidos numa porta podem ser transmitidos por qualquer porta do LAG

• Assegura que as sessões sejam encaminhadas para a mesma porta

• Link Aggregation baseado em porta

– Os pacotes são distribuídos basedos na porta física de entrada

• Seleção de porta determinística

• Todos os pacotes recebidos numa porta sempre serão encaminhados para a mesma porta do LAG

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Algoritmos para Link Aggregation na prática

• Balanceamento usando cabeçalho L3 IPv4

– LAG possui 2 portas

• Requer 1 bit de informação do cabeçalho para selecionar uma das duas portas

• 1 bit permite dois valores; Porta 1 é 0 and Porta 2 é 1

– Pacote #1

• IP Src address 10.0.0.1 (Bit 1=1) e Dst address 10.0.0.100 (Bit 1 = 0)

• 1 XOR 0 = 1 – Pacote é enviado para a porta 2

– Pacote #2

• IP Src address 192.168.1.20 (Bit 1=0) e Dst address 207.23.1.4 (Bit 1 = 0)

• 0 XOR 0 = 0 – Pacote é enviado para a porta 1

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Switch Transmissor Switch Receptor

LAG com 2 portas

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Multi-Chassi Link Aggregation Group (MC-LAG)

• Link Aggregation (LAG)

– Combina duas ou mais portas para formar uma única conexão lógica com um outro dispositivo

• MC-LAG

– Combina duas ou mais portas para formar uma única conexão lógica com dois dispositivos

• MC-LAG provê:

– Dual homing sem loops.

– Remove a necessidade de se utilizar um protocolo L2 de prevenção de loop

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Projeto Datacenter com Dual-Home em L2

• Projeto de datacenter utilizando dual-home nos switches Topo de Rack via MC-LAG

– Fácil de implementar e usa arquitetura LAG padrão

• MC-LAG assegura que não haverá loops.

Data Center - Núcleo

Data Center – Server Farm

Switch 1 Topo de Rack Switch 2 Topo de Rack

LAG

LAG

LAG

x Núcleo SW 1 Núcleo SW 2

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VLAN ISC

10.1.10.0/24

MC-LAG - Configuração

• Cada Topo de Rack é configurado com LAG único de conexão com os switches do núcleo

• Os switches de núcleo possuem um LAG de interconexão usando uma VLAN para Inter-Switch Connection (ISC)

– MC-LAG peering é habilitado entre os switches na VLAN ISC.

– MC-LAG peers trocam pacotes MC-LAG “hello” e informação de estado

• Os LAGs do núcleo são configurados com portas peer usando um identificador (ID)

• As portas de LAG são adicionadas às VLANs de interesse



Switch 1 Topo de Rack Switch 2 Topo de Rack

LAG: Portas 1-4

LAG Porta 1

Núcleo SW 1

Núcleo SW 2

1 2 3 4 1 2 3 4

VLAN: dados

802.1Q Tag: 10

1:1

2:1

1:2 2:2

4:1 3:1

4:1 3:1

2:2

1:2

1:1 2:1

LAG Porta 1

LAG Porta1:1 MC-LAG ID=1

LAG Porta 1:2 MC-LAG ID=2



LAG: Portas 1-4

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MC-LAG - Operação Normal

• O peer transmite pocotes de “hello” e estado pela VLAN ISC a cada segundo

• O tráfego de usuários é encaminhado normalmente segundo tabela FDB e algoritmos de balancemanto do LAG

• Todo o tráfego recebido nas portas ISC são bloqueados enquanto a porta peer do MC-LAG estiver funcionado, de forma a previnir loops

– Isto bloqueia broadcast, multicast e tráfego flooded unknown unicast



Switch Topo de Rack

LAG: Portas 1-4

Núcleo SW 1

Núcleo SW 2

1 2 3 4

VLAN: dados

802.1Q Tag: 10

VLAN ISC

10.1.10.0/24

1:1 2:1

4:1 3:1

4:1 3:1

1:1 2:1

LAG Porta 1


LAG Porta 1:1 MC-LAG ID=1 Estado do MC-LAG

Portas do LAG funcionando

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MC-LAG – Operação - Falha de Enlace

• Quando detectada uma falha de enlace, o switch com MC-LAG afetado informará o peer sobre a falha

– As duas portas do LAG têm que ter falhado

• O peer MC-LAG desbloqueará o tráfego das portas ISC

• Os dois peers continuam a transmitir pacotes de “hello” e de estado do MC-LAG



Switch Topo de Rack

LAG: Portas 1-4

Núcleo SW 1

Núcleo SW 2

1 2 3 4

VLAN: dados

802.1Q Tag: 10

VLAN ISC

10.1.10.0/24

1:1 2:1

4:1 3:1

4:1 3:1

1:1 2:1

LAG Porta 1



Portas do LAG falharam

x x

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MC-LAG - Operação - Restauração do Enlace

• Quando detectado que o enlace foi restaurado, o MC-LAG conectado informará que as portas do MC-LAG foram restauradas.

– Apenas uma das portas do LAG precisa ser restaurada

• O peer MC-LAG bloqueará o tráfego das portas ISC para previnir loop

• Os dois peers continuam a transmitir pacotes de “hello” e de estado do MC-LAG



Switch Topo de Rack

LAG: Portas 1-4

Núcleo SW 1

Núcleo SW 2

1 2 3 4

VLAN: dados

802.1Q Tag: 10

VLAN ISC

10.1.10.0/24

1:1 2:1

4:1 3:1

4:1 3:1

1:1 2:1

LAG Porta 1



Portas do LAG funcionando

x x

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Obrigado!

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