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交换机集群CSS基础

更新时间:2021年03月01日   作者:spoto   标签(Tag):交换机  

1、集群CSS简介

 
集群CSS

集群交换机系统CSS(Cluster Switch System),又称为集群,是指将两台支持集群特性的交换机设备组合在一起,从逻辑上组合成一台交换设备。
CSS2的主要优势在于:

1、CSS2采用交换网硬件集群

相对于传统业务口集群而言,集群系统的控制报文和数据报文不需要经由业务板转发,而是直接通过交换网一次转发,这样不仅减少了软件故障可能带来的干扰,降低了单板故障带来的风险,在时延上也大大缩减;相对于传统主控板插集群卡集群而言,组建集群时的连线更为简单,在启动阶段交换网板与主控板并行启动,启动性能更强。

2、CSS2支持主控1+N备份

集群系统中只要保证任意一框的一个主控板运行正常,两框业务即可稳定运行。相对于传统业务口集群而言,每个框至少要有一块主控板运行正常的限制,CSS2进一步提高了集群系统的可靠性;相对于传统主控板插集群卡集群而言,每个框必须配有两块主控板的限制,CSS2就更加灵活了。
通过交换机集群,可以实现网络高可靠性和网络大数据量转发,同时简化网络管理。高可靠性:集群系统两台成员交换机之间冗余备份,同时利用链路聚合功能实现跨设备的链路冗余备份。强大的网络扩展能力:通过组建集群增加交换机,从而轻松的扩展端口数、带宽和处理能力。简化配置和管理:集群建立后,两台物理设备虚拟成为一台设备,用户只需登录一台成员交换机即可对集群系统所有成员交换机进行统一配置和管理。

2、集群连接方式

集群连接方式有三种,分别为主控板插集群卡方式、业务口集群方式和交换网板插集群卡方式。

1、主控板插集群卡方式:

集群成员交换机之间通过主控板上专用的集群卡及专用的集群线缆连接。

2、业务口集群方式:

 
业务口集群连接示意图

集群成员交换机之间通过业务板上的普通业务口连接,不需要专用的集群卡。业务口集群涉及两种端口的概念,如上图所示。

2.1、物理成员端口

成员交换机之间用于集群连接的普通业务口。物理成员端口用于转发需要跨成员交换机的业务报文或成员交换机之间的集群协议报文。

2.2、逻辑集群端口

逻辑集群端口是专用于集群的逻辑端口,需要和物理成员端口绑定。集群的每台成员交换机上支持两个逻辑集群端口。

3、交换网板插集群卡方式:

集群成员交换机之间通过交换网板上专用的集群卡及专用的集群线缆连接。集群系统的两个成员交换机之间必须直连,即集群物理链路(CSS Link)上不能存在其他网络设备。

 

3、集群基本概念


集群基本概念示意图

  在集群中,有如下基本概念,如上图1所示。

1、主交换机、备交换机

集群中的单台交换机称为集群成员交换机,按照功能不同,可以分为两种角色:

1.1、主交换机

主交换机,即Master,负责管理整个集群。集群中只有一台主交换机。

1.2、备交换机

备交换机,即Standby,是主交换机的备份交换机。当主交换机故障时,备交换机会接替原主交换机的所有业务。集群中只有一台备交换机。

2、集群ID

集群ID,即CSS ID,用来标识和管理成员交换机,集群中成员交换机的集群ID是唯一的。

3、集群优先级

集群优先级,即Priority,是成员交换机的一个属性,主要用于角色选举过程中确定成员交换机的角色,优先级值越大表示优先级越高,优先级越高当选为主交换机的可能性越大。  

4、集群建立过程

两台交换机使用集群线缆连接好,分别使能集群功能并重启,集群系统会自动建立。集群建立时,成员交换机间相互发送集群竞争报文,通过竞争,一台成为主交换机,负责管理整个集群系统,另一台则成为备交换机。

1、角色选举

主交换机选举规则如下:
最先完成启动,并进入单框集群运行状态的交换机成为主交换机。当两台交换机同时启动时,集群优先级高的交换机成为主交换机。当两台交换机同时启动,且集群优先级又相同时,MAC地址小的交换机成为主交换机。当两台交换机同时启动,且集群优先级和MAC地址都相同时,集群ID小的交换机成为主交换机。
“最先完成启动,并进入单框集群运行状态的交换机成为主交换机”,如果是此种情况,另外一台后启动的交换机则是按照集群成员加入的流程加入集群系统。

CSS角色选举后效果图

  集群系统建立后,在控制平面上,主交换机的主用主控板成为集群系统主用主控板,作为整个系统的管理主角色。备交换机的主用主控板成为集群系统备用主控板,作为系统的管理备角色。主交换机和备交换机的备用主控板作为集群系统候选备用主控板。如上图1所示,假设集群建立后,SwitchA竞争为主交换机。

2、版本同步

集群具有自动加载系统软件的功能,待组成集群的成员交换机不需要具有相同的软件版本,只需要版本间兼容即可。当主交换机选举结束后,如果备交换机与主交换机的软件版本号不一致时,备交换机会自动从主交换机下载系统软件,然后使用新的系统软件重启,并重新加入集群。

3、配置同步

集群具有严格的配置文件同步机制,来保证集群中的多台交换机能够像一台设备一样在网络中工作。
集群中的备交换机在启动时,会将主交换机的当前配置文件同步到本地。集群正常运行后,用户所进行的任何配置,都会记录到主交换机的当前配置文件中,并同步到备交换机。
通过即时同步,集群中的所有交换机均保存相同的配置,即使主交换机出现故障,备交换机仍能够按照相同的配置执行各项功能。

4、配置备份

交换机从非集群状态进入集群状态后,会自动将原有的非集群状态下的配置文件加上.bak的扩展名进行备份,以便去使能集群功能后,恢复原有配置。例如,原配置文件扩展名为.cfg,则备份配置文件扩展名为.cfg.bak。
去使能交换机集群功能时,用户如果希望恢复交换机的原有配置,可以更改备份配置文件名并指定其为下一次启动的配置文件,然后重新启动交换机,恢复原有配置。

 

5、集群接口编号规则

对于单台没有使能集群的交换机,接口编号采用三维格式:槽位号/子卡号/端口号。交换机使能集群后,使用集群ID区分不同的成员交换机,接口编号采用四维格式:集群ID/槽位号/子卡号/端口号。
例如:设备没有使能集群时,某个接口的编号为GigabitEthernet1/0/1;当该设备使能集群后,如果集群ID为2,则该接口的编号将变为GigabitEthernet2/1/0/1。
对于集群系统的管理网口,接口编号为Ethernet0/0/0/0。单台交换机使能集群功能后重启,接口编号也将采用四维格式,此种情况属于单框集群。

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