Cisco FastEthernet Channel

2019-11-04 23:21:09

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供稿：網(wǎng)友

　　對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求越來越高的intranet應(yīng)用的不斷繁殖促使交換網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)進(jìn)入了桌面應(yīng)用的層次。Web瀏覽和諸如視頻會議這樣的應(yīng)用的普及促使越來越高的園區(qū)核心網(wǎng)絡(luò)中帶寬的可擴(kuò)展性的需求，因此，重要應(yīng)用需要更有彈性的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。隨著快速交換以太網(wǎng)在園區(qū)中的普及，最終用戶們正在等待在他們的主干網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的Gigabit以太網(wǎng)（千兆以太網(wǎng)）產(chǎn)品來擴(kuò)展其性能。
　　基于標(biāo)準(zhǔn)的802.3全雙工的Cisco的快速以太網(wǎng)通道技術(shù)為網(wǎng)絡(luò)治理者們提供了一種可靠的，高速的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)主干的解決方案。快速以太網(wǎng)通道技術(shù)通過提供200到800Mbps的帶寬在園區(qū)中來實(shí)現(xiàn)帶寬的可擴(kuò)展性。在將來，這種技術(shù)將提供數(shù)G的容量。
　　在網(wǎng)絡(luò)主干中，F(xiàn)EC技術(shù)并不僅僅解決當(dāng)前的帶寬的可擴(kuò)展性的問題，也為標(biāo)準(zhǔn)的千兆以太網(wǎng)和更高級的技術(shù)鋪平了道路，這是因?yàn)镕EC的帶寬聚合技術(shù)也可以用來支持千兆以太網(wǎng)通道技術(shù)GEC。
　　這本應(yīng)用手冊提供了在Catalyst5000 系列交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)FEC的細(xì)節(jié)信息。而且，這本手冊也描述了在cisco 7500系列與cisco8500系列園區(qū)交換路由器等cisco 路由器平臺上FEC的操作。
　　
　　1.解決方案－－快速以太網(wǎng)通道技術(shù)
　　
　　通過提供標(biāo)準(zhǔn)的聚合解決方案，F(xiàn)EC技術(shù)促使主干技術(shù)向例如千兆以太網(wǎng)等技術(shù)的遷移。雖然千兆以太網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制訂已經(jīng)完成，但是會直到6-18個(gè)月后，當(dāng)?shù)谝淮蓞f(xié)調(diào)工作的設(shè)備和解決方案被開發(fā)出來后，用戶才會出現(xiàn)。FEC技術(shù)被設(shè)計(jì)用來提供一種過渡的解決方案。FEC技術(shù)有幾個(gè)要害益處。
　　
　　基于標(biāo)準(zhǔn)的解決方案
　　首先，這是基于標(biāo)準(zhǔn)的。EFC連接，無論是在非屏蔽雙絞線UTP（100BaseTX）或者光纖（100BaseFX），都是兼容的IEEE802.3連接。需要注重的是，盡管FEC技術(shù)提供了可以擴(kuò)展到800Mbps的連接，其中的每條連接仍然是100Mbps（或者200Mbps）。
　　
　　多平臺支持
　　FEC技術(shù)可以在包括路由器和交換機(jī)的多平臺上部署，在各種產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)的法則是非常簡單的（在后面論述）。盡管當(dāng)前僅僅可以在Catalyst 5000系列上部署，F(xiàn)EC很快會支持Catalyst 3000系列，Catalyst 企業(yè)級桌面系列（包含1900 和 2820），以及Catalyst 2900XL 系列。而且，幾家服務(wù)器和網(wǎng)卡制造商將支持這項(xiàng)技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)在交換機(jī)和服務(wù)器之間的高速帶寬聚合。
　　
　　擴(kuò)展性
　　FEC以提供多條200Mbps連接（假設(shè)是全雙工連接）的能力答應(yīng)網(wǎng)絡(luò)治理者來擴(kuò)展其網(wǎng)絡(luò)。例如，網(wǎng)絡(luò)治理者可以在單個(gè)配線間和數(shù)據(jù)中心之間配置由幾對全雙工快速以太網(wǎng)鏈路組成的FEC來提供400Mbps的連接。在數(shù)據(jù)中心中，可以在服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)主干設(shè)備間配置最高到800Mbps容量的連接來實(shí)現(xiàn)高帶寬的網(wǎng)絡(luò)核心。當(dāng)802.3z標(biāo)準(zhǔn)（定義了千兆以太網(wǎng)）完成和廣泛部署之后，這項(xiàng)技術(shù)將會擴(kuò)展到千兆以太網(wǎng)通道速度（最高支持到8Gbps）。
　　
　　負(fù)載平衡和冗余
　　FEC技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，在提供高帶寬的同時(shí)也提供了負(fù)載平衡和冗余。這項(xiàng)技術(shù)通過將負(fù)載分布到通道中的多條鏈路上的方式來提供對每條鏈路的治理和負(fù)載平衡。單播，多播和廣播傳輸也分布到通道中的多條鏈路上。而且，F(xiàn)EC提供了對鏈路失效的冗余。假如FEC中的一條鏈路被切斷，在幾毫秒內(nèi)，傳輸被重新分配到其他的鏈路上，并且對于用戶來說，收斂是透明的。
　　
　　與Cisco IOS 兼容
　　因?yàn)镕EC連接被交換機(jī)和路由器視為單一邏輯鏈路，F(xiàn)EC技術(shù)和所有Cisco IOS特性完全兼容。這些特性包括Inter－Switch Link（ISL）trunking，ISL提供了在一條快速以太網(wǎng)通道上中繼多虛擬局域網(wǎng)VLAN的能力。并且，HSRP（路由熱備份協(xié)議）也可以在帶有RSMs（route switch modules）的交換機(jī)或者Cisco 7500路由器上運(yùn)行。
　　
　　千兆以太網(wǎng)就位（Gigabit Ethernet Ready）
　　最后，F(xiàn)EC技術(shù)的一項(xiàng)要害益處是當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)完備后，其可以很輕易的升級到千兆以太網(wǎng)。這個(gè)想定可以使高速網(wǎng)絡(luò)核心擴(kuò)展到數(shù)G的帶寬。
　　
　　
　　2.Catalyst 5000系列快速以太網(wǎng)通道的實(shí)現(xiàn)
　　
　　FEC技術(shù)相對輕易理解和實(shí)現(xiàn)。這節(jié)描述了該技術(shù)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理和其組成部分。
　　
　　以太網(wǎng)集束控制器 EBC
　　在論述FEC的運(yùn)轉(zhuǎn)之前，回顧一下Catalyst 5000是如何進(jìn)行包交換是非常必要的。當(dāng)input端口的SAINT專業(yè)集成電路（ASIC application－specific integrated circuit）接收到包后，它向總線仲裁器發(fā)出要求訪問總線的信號。在同一時(shí)刻，SAINT將包發(fā)送到line card上的、輪流發(fā)信號詢問編碼地址識別邏輯（Encoded Address Recognition Logic EARL）的本地目標(biāo)邏輯控制器（Local Target Logic controller－LTL）上。假設(shè)交換機(jī)已經(jīng)學(xué)習(xí)過這個(gè)地址，EARL通過在目的端口之外的所有端口上進(jìn)行buffer flush（緩沖區(qū)清洗）往返應(yīng)。
　　以太網(wǎng)集束控制器（Ethernet Bundling Controller）決定在出口包選擇的鏈路。包從任何端口進(jìn)來，該端口也許是集束也許不是，然后到EARL進(jìn)行地址學(xué)習(xí)和包交換。假如包是從一個(gè)bundle進(jìn)來的，EARL學(xué)習(xí)到的是那個(gè)bundle的一個(gè)端口的地址，也就是包進(jìn)入交換機(jī)的端口。
　　假如目的端口在一個(gè)bundle上，EARL將該端口和與其相關(guān)的端口視為一個(gè)bundle，并且將包轉(zhuǎn)發(fā)到目的line card上的LTL上。對于離開交換機(jī)的包來說，LTL將包發(fā)向 EBC ，EBC 進(jìn)行XOR異或操作來決定包使用bundle中的哪條鏈路。 EBC 使得集束中的任何鏈路有承載帶有該源/目的地址對的包的可能性，而不考慮EARL從哪個(gè)端口學(xué)習(xí)到的地址。異或XOR操作發(fā)生在源和目的 MAC 地址的最低2位上。然后該包穿越這條選定的鏈路，并且被連接到正在使用的bundle的另一端的Catalyst 5000交換機(jī)當(dāng)做該bundle上的一條鏈路來學(xué)習(xí)。
　　
　　http://www.52rock.com/luntan/attachment.php?s=&postid=162777
　　圖1 EBC
　　
　　在12口FEC模塊上的一個(gè)EBC支持4個(gè)端口。在Supervisor EngineII 或者 III上的上行端口，一個(gè)EBC支持2個(gè)端口（假如在Supervisor Engine上有4個(gè)端口，一個(gè)EBC也可以支持這4個(gè)端口）。每個(gè)EBC最多支持到2個(gè)FEC，每個(gè)FEC包含2個(gè)端口。FEC中的端口必須是毗鄰的。例如，端口1 2 可以組成一個(gè)通道，端口3 4可以組成第2個(gè)通道。但是端口1 3 不可以組成通道。Catalyst 5000沒有可以配置的FEC的數(shù)量限制（但是必須考慮交換機(jī)可以接受的oversubscription過預(yù)定）。但是，要記住通道可以包含2個(gè)或者4個(gè)端口。
　　圖2展示了正確的和不正確的創(chuàng)建FEC的方法。
　　
　　http://www.52rock.com/luntan/attachment.php?s=&postid=162778
　　圖2
　　
　　只有帶有板載EBC的模塊才可以支持FEC技術(shù)。表1展示了如今支持這項(xiàng)技術(shù)的模塊。
　　WS-X5213A 12口 10/100模塊或者WS－5224 24 口10/100模塊不支持FEC技術(shù)，因?yàn)樗麄儾]有板載EBC的模塊。
　　將來的用于Catalyst 3000系列的軟件版本將會支持FEC技術(shù)。Catalyst 2900XL系列也會支持FEC。
　　
　　決定鏈路（Link Determination）
　　決定使用快速以太網(wǎng)通道中的哪條鏈路的操作非常簡單。通過FEC的連接使用源地址/目的地址對來決定。EBC在源MAC地址和目的MAC地址的最后2位上進(jìn)行異或XOR操作。操作會產(chǎn)生4個(gè)結(jié)果：（0 0）、（0 1）、（1 0）、（1 1）。這四個(gè)值中的每一個(gè)指向FEC集束中的一條鏈路。下面是寫例子。
　　例1 最后2bits 異或結(jié)果 FEC中的鏈路
　　源 MAC 0000.0000.0001 0 1 0 1 link 2
　　目的 MAC 0000.0000.0004 0 0
　　
　　例2
　　源 MAC 0000.0000.0002 1 0 1 1 link 4
　　目的 MAC 0000.0000.0005 0 1
　　
　　例3
　　源 MAC 0000.0000.0003 1 1 0 0 link 1
　　目的 MAC 0000.0000.0007 1 1
　　
　　例4
　　源 MAC 0000.0000.0006 1 0 1 0 link 3
　　目的 MAC 0000.0000.0008 0 0
　　對于2個(gè)端口FEC的情況，在XOR操作中只使用一個(gè)bit。產(chǎn)生2個(gè)結(jié)果，每一個(gè)指向bundle中的一個(gè)鏈路。
　　可以使用XOR操作是因?yàn)樵谶\(yùn)行FEC的兩臺交換機(jī)之間存在很多的源/目的地址對。因此，盡管在0000.0000.0001和0000.0000.0004之間的連接使用鏈路2，0000.0000.0001和0000.0000.0002之間的連接使用鏈路4，在另一個(gè)方向上（例如，0000.0000.0004 到 0000.0000.0001），使用相同的鏈路，因?yàn)閄OR操作在兩個(gè)方向上得到同樣的值。
　　即使源/目的地址中有一個(gè)是常量，傳輸仍然使用不同的鏈路，因?yàn)榱硪粋€(gè)值是變化的。
　　但是，在一種情況下，在FEC的實(shí)現(xiàn)中不存在負(fù)載平衡：當(dāng)通過Catalyst 5000交換機(jī)的源/目的地址是兩臺路由器。例如，源/目的地址是2個(gè)RSMs，它們的連接通常會使用FEC中的固定鏈路。因此，在這種情況下，建議使用諸如 OSPF 等3層路由協(xié)議來替代FEC技術(shù)。OSPF自動實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。但是，2個(gè)端口需要配置在不同的子網(wǎng)（VLANs）。
　　相同的現(xiàn)象出現(xiàn)在2臺服務(wù)器之間的傳輸上。
　　
　　帶寬治理
　　FEC經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)上的不同源/目的MAC提供負(fù)載平衡。這種負(fù)載平衡不是 packet by packet；packet by packet機(jī)制可能會帶來包的亂序，其結(jié)果是其上的應(yīng)用不得不要求已發(fā)送包的重傳。（IP稍有些對這種包的亂序的承受力，但是其他諸如 IPX 和 DECnet 的協(xié)議會完全的 break 掉。）
　　bundle中的每條鏈路可以提供單向的100Mbps 和全雙工模式下的200Mbps的帶寬。因?yàn)槭菢?biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.3快速以太網(wǎng)連接，因此這些是每條連接的帶寬限制。基于前面討論過的XOR操作的結(jié)果，每個(gè)源/目的地址對使用一個(gè)bundle中的一條100Mbps的連接。
　　負(fù)載平衡機(jī)制假設(shè)所有的源/目的地址對使用相等的帶寬。這個(gè)假設(shè)意味著假如每條鏈路包含50個(gè)地址對并且每個(gè)地址對需要持續(xù)不變的100kbps的帶寬，那么每條鏈路上總共需要5Mbps的帶寬。但是，很有可能在一條特定的鏈路上由于一個(gè)或多個(gè)地址對需要高帶寬而導(dǎo)致該鏈路飽和。
　　在理論上，當(dāng)一條鏈路已經(jīng)到達(dá)100%容量利用的時(shí)候，其他鏈路僅僅使用15%的帶寬的情況是會出現(xiàn)的。重要的是理解 EBC 不是根據(jù)負(fù)載來將傳輸進(jìn)行負(fù)載平衡。運(yùn)算法則的本性提供的是地址的負(fù)載平衡，這種本性輪流提供傳輸和負(fù)載平衡。雖然不會總是這種情況，但在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)bundle中的單一鏈路出現(xiàn)過載的機(jī)會并不很大。
　　
　　失效恢復(fù)
　　FEC技術(shù)的理論在一個(gè)集束的多條鏈路上提供了統(tǒng)計(jì)學(xué)的連接負(fù)載平衡。假如bundle中的一條鏈路失效了，EBC 將這個(gè)失效通知 EARL，EARL將從該鏈路上學(xué)習(xí)的地址全部老化。這種方法使得 EBC 和 EARL 在硬件上重新計(jì)算。當(dāng)一個(gè)源地址查詢和目的地址響應(yīng)發(fā)生，該bundle中的另一條鏈路再學(xué)習(xí)到了這些地址。
　　失效恢復(fù)時(shí)間是新地址被再學(xué)習(xí)所花費(fèi)的時(shí)間。假設(shè)由源地址發(fā)出的包立即得到響應(yīng)，失效恢復(fù)會在10毫秒左右完成。當(dāng)特定應(yīng)用使用滑動窗口來發(fā)送包，當(dāng)其等待一個(gè)確認(rèn)的情況下會花費(fèi)更長的時(shí)間。即使是在那種情況下，再學(xué)習(xí)也不會超過數(shù)毫秒的時(shí)間，因此不會出現(xiàn)由于鏈路失效而導(dǎo)致的應(yīng)用或者會話超時(shí)的現(xiàn)象。
　　當(dāng)一條鏈路失效時(shí)，該鏈路上的所有傳輸被再學(xué)習(xí)到毗鄰的鏈路上。例如，假如bundle中的鏈路 1 失效了，所有的傳輸被再學(xué)習(xí)到鏈路 2 上，假如第2條鏈路失效了，所有的傳輸再學(xué)習(xí)到鏈路3上。假如鏈路3失效了，所有的傳輸再學(xué)習(xí)到鏈路4上。在bundle中的鏈路沒有被修復(fù)的情況下，假如鏈路4也失效了，兩臺交換機(jī)之間的連接就down了。
　　在這個(gè)例子中，假如鏈路1在其他鏈路還有效的情況下恢復(fù)了，原先其上的傳輸還會回復(fù)回來。鏈路2上的傳輸（或者在鏈路1失效后承載1上傳輸?shù)逆溌罚┲钡狡渥匀坏膹腸ontent－addressable memory（CAM）表中老化后，才會被鏈路1重新學(xué)習(xí)回去。
　　CAM表通常老化在一個(gè)特定時(shí)間內(nèi)沒有使用的地址。（通常是5分鐘）
　　假設(shè)在一個(gè)FEC的實(shí)現(xiàn)中負(fù)載被均勻的分布。當(dāng)先前分布在所有鏈路上的負(fù)載因?yàn)殒溌肥ФD(zhuǎn)移到唯一一條鏈路上時(shí)，有可能會造成該鏈路的過飽和。
　　重要的是應(yīng)該直到只有在傳輸是雙向的情況下失效恢復(fù)才會起作用。當(dāng)發(fā)生鏈路失效的情況時(shí)，Catalyst 地址表會老化所有這些條目。因此會在bundle上發(fā)生flooding直到得到返回包。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)是這樣運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此當(dāng)新地址始終不能學(xué)習(xí)到的情況下，網(wǎng)絡(luò)上的包會流入一個(gè)“黑洞”。當(dāng)在測試FEC模塊使用的時(shí)候，運(yùn)行單向傳輸不會促使地址被再學(xué)習(xí)到，因此失效恢復(fù)永遠(yuǎn)不會發(fā)生。
　　
　　FEC技術(shù)和VLANs
　　FEC連接可以被配置成ISL中繼（ISL Trunks）。bundle中的端口必須是trunking enable或者disable的，it is not possible to mix-and-match trunking modes。ISL 封裝是獨(dú)立在源/目的地址對負(fù)載平衡機(jī)制之外的。實(shí)際上，VLAN ID并不關(guān)系到包選取哪條鏈路。為中繼上的多VLANs的負(fù)載平衡配置的bundle僅僅基于MAC地址對。ISL僅僅使得中繼trunk屬于多個(gè)VLANs。假如沒有enable trunking，那么所有的端口必須屬于同一個(gè)VLAN。

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