浅谈交换机堆叠与VRRP

陕西 汪双文 张振武 马颉

随着网络的日益普及，人们对网络的依赖性也越来越强，同时对网络的稳定性提出了更高的要求。

目前，业界大部分采用VRRP 技术（思科为私有的热备份路由协议HSRP）实现热备。近几年来，部分网络厂商又设计出堆叠的技术来实现设备热备。那么这两种交换机热备的技术的优缺点在哪，分别使用哪些场景？

场景需求

笔者所在企业，核心交换机下连30 多台接入交换机，共有各类终端近1500 余台。核心交换机还要上连路由器至上级公司。公司日常办公、经营、生产、会议都需要网络进行处理，因此对网络的稳定性要求极高。因此核心交换机、接入交换机要求高稳定性。

VRRP

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）虚拟路由冗余协议，是通过把几台设备联合组成一台虚拟的路由设备，将虚拟路由设备的IP 地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信。当网关设备发生故障时，VRRP 协能快速选举新的网关设备承担数据流量，保障网络可靠通信。

笔者所在公司，原网络结构就采用该技术进行设计。拓扑如图1 所示。

堆叠

近几年，几大网络厂商分别推出了自己的堆叠技术。目前华三称为IRF-2，华为称为堆叠stack（多台）与集群css（2台），中兴称VSC。不管怎么称呼，其原理及作用是相同的。

所谓的堆叠是指把多个支持堆叠特性的单机设备组合在一起，从逻辑上组成一台设备，对外呈现为一台设备。

图1 公司原VRRP 组网图

图2 公司改造后堆叠组网图

图3 MSTP+VRRP 组网负载分担图

笔者所在公司在此语音网络建设中，即采用了堆叠技术使网络稳定可靠。其拓扑如图2 所示。

两种技术比较

1.数据处理传输性能

（1）VRRP 组 网 可 用MSTP+VRRP 相结合的方式，为使网络可靠，核心之间链路聚合做VRRP。接入交换机做链路聚合后，分别与两台核心连接。通过MSTP 与VRRP结合，不同VLAN 的网关分开定义在两个核心上，实现负载分担和双设备的充分利用。如图3 所示可实现一部分VLAN 走核心1 流量（主网关在核心1），一部分VLAN 走核心2 流量（主网关在核心2），这样充分利用两台设备的性能，不至于设备限制浪费。

但这样的缺点是：投资成本较大，需要多条链路；维护技术高，MSTP+VRRP 的组合要求运维人员非常清楚网络结构；排查故障复杂。

（2）堆叠组网从逻辑上是一台设备，作为主交换机的设备负责管理其它交换机。在性能方面只有单台的设备性能。接入交换机可以做链路聚合，如3台交换机聚合3条链路，并通过本地路径优化，使数据传输路径最优。但这样的组网优点在于网络简单，运维技术要求低，排查故障简单。

2.故障恢复

故障分为两种，一种为链路故障，一种为核心设备故障。

（1）VRRP 组网

若接入交换机的聚合链路中的一条（至主网关核心链路）故障，则会自动切换至另一条链路（至备网关核心链路），经过模拟环境测试，丢10 包左右，终端恢复正常。如图4 所示。

图中14:58:36 重启接入至核心的链路，如图5 所示。

在终端上大概丢10 包左右，到14:59:23 以后才恢复正常。

若主网关核心设备故障（宕机），则根据VRRP 协议，备网关会成为master，根据模拟环境测试，这个过程大概在30 秒左右，整网恢复正常。

注意：VRRP 故障测试均在模拟环境中进行，而根据笔者运维经验来看，在实际环境中，中断时间要更长。笔者所在公司近50个vlan 实际恢复时间会长达3 分钟以上。

（2）堆叠组网

若聚合链路中的一条物理链路故障时，经过实际环境测试。没有任何丢包。如图6 所示。由上图可以看出，聚合11 下有三个物理口，shutdown 一个物理口，不影响下连接入网络。

图4 VRRP 组网链路故障模拟

图5 VRRP 组网链路故障终端测试网络

图6 堆叠组网故障链路模拟

若堆叠的主核心宕机，通过在实际生产环境中监测。由堆叠变为单机时、系统显示single 状态，当重新开机后，重新加入堆叠，成为standby 状态。整个脱离、加入过程，终端网络一直正常。

总结

笔者根据公司一次网络改造过程，分析了VRRP 和堆叠技术的区别。并从两个大的方面进行了优缺点分析。

1.网络性能上

VRRP 技术，由于具备负载分担，因此从数据传输效率上，要具备一定的优点；而由此带来的缺点是，运维技术要求高，故障排查复杂。

堆叠，虽可采用链路聚合、本地优先转发的方式，但对比VRRP，会少一半的链路转发数据。但由此带来的优点是：网络结构简单，运维技术要求低。

2.故障恢复上

VRRP 技术的链路故障恢复时间在10 包左右，主核心故障恢复时间在30秒作用（实际生产环境在3 分钟以上）。

堆叠技术，经过实际生产环境测试，链路故障和主核心设备的故障对终端网络均不产生影响。

总结以上，两种技术对比而言，笔者认为堆叠技术要比VRRP 更适合于要求高稳定性的网络环境。目前，不是所有的设备都支持堆叠，且堆叠需要多对光模块，有的网络设备堆叠需要购买额外的堆叠卡，因此网络建设的投资要较大。故两种方法如何取舍，还需根据网络要求和投资额度综合考虑。