Link Aggregation und LACP Grundlagen

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Link Aggregation nach IEEE 802.1AX-2008 (früher IEEE 802.3ad) bezeichnet die parallele Bündelung von mehreren Netzwerkkabeln. Vorteile einer Link Aggregation gegenüber einer herkömmlichen Verbindung über ein einzelnes Kabel sind eine höhere mögliche Übertragungsgeschwindigkeit (abhängig von den jeweiligen Link Aggregation Lastverteilungs-Algorithmen) sowie eine höhere Verfügbarkeit. Dieser Artikel bietet Grundlagen Informationen zu Link Aggregation und LACP. Ein konkretes Beispiel finden Sie im Artikel Link Aggregation beim Modular Server.

Voraussetzungen

Die einzelnens Links einer Link Aggregation Group müssen immer parallele Punkt-zu-Punkt Verbindungen sein.
Damit Sie Link Aggregation nutzen können, achten Sie darauf die folgenden Voraussetzungen zu erfüllen.

Alle verwendeten Links müssen:

  • im full-duplex Modus sein
  • die gleiche Datenrate (zumeist 1 GBit/s) haben
  • parallele Punkt-zu-Punkt Verbindungen sein
  • an einer Endstelle immer genau auf einen Switch oder Server gehen. Link Aggregation mit mehreren Switches an einem Ende der Link Aggragation wie etwa bei Split Multi-Link Trunking (SMLT) von Nortel ist nicht möglich.[1] Einzige Ausnahme sind virtuelle Switche, die zwar aus mehreren physischen Switchen bestehen, nach außen sich aber wie ein einzelner Switch verhalten (z.B. Cisco Virtual Switching System 1440 (VSS1440)[2] oder Juniper Virtual Chassis (3000er/4000er Reihe)[3]).

Ethernet-Switche bei Thomas-Krenn

Eigenschaften

Im Netzwerk-Stack ist der Link Aggregation Sublayer innerhalb des Data Link Layers (Sicherungsschicht) implementiert, konkret zwischen dem MAC Client und MAC Sublayern
Eine Link Aggregation Group (LAG) nach IEEE 802.1AX-2008 (früher IEEE 802.3ad) hat folgende Eigenschaften:[4]
  • LAG bietet ein automatisches Recovery bei Ausfällen von einzelnen physischen Links. Solange zumindest ein physischer Link vorhanden ist, bleibt die LAG Verbindung aufrecht.
  • Der Datenverkehr wird frameweise über die physischen Links verteilt.
  • Alle Frames, die zu einer bestimmten Datenkommunikation gehören, werden aber über dieselbe physische Verbindung (Kabel) übertragen. Das gewährleistet die Zustellung der einzelnen Frames einer Datenkommunikation in der richtigen Reihenfolge (verhindert mis-ordering).

Verteilung des Datenverkehrs

Link Aggregation erlaubt die Verteilung von Ethernet Frames auf alle verfügbaren physischen Links einer LAG. Damit übersteigt der mögliche Datendurchsatz die Datenrate eines einzelnen physischen Links.

Für die Verteilung (Frame Distributor) definiert der IEEE Standard allerdings keine konkreten Algorithmen. Die einzigen Vorgaben sind:

  • Die Reihenfolge von Frames einer bestimmten Datenkommunikation darf nicht vertauscht werden.
  • Frames dürfen nicht dupliziert werden.

Das Original-Zitat aus dem Kapitel 5.2.4 Frame Distributor beschreibt das folgendermaßen:[5]

This standard does not mandate any particular distribution algorithm(s); however, any distribution algorithm shall ensure that, when frames are received by a Frame Collector as specified in 5.2.3, the algorithm shall not cause
a) Misordering of frames that are part of any given conversation, or
b) Duplication of frames.
The above requirement to maintain frame ordering is met by ensuring that all frames that compose a given conversation are transmitted on a single link in the order that they are generated by the MAC Client; hence, this requirement does not involve the addition (or modification) of any information to the MAC frame, nor any buffering or processing on the part of the corresponding Frame Collector in order to reorder frames.

Die Qualität wie gut die einzelnen Frames verteilt werden und wie hoch der praktische mögliche Datendurchsatz steigt, hängt somit von der konkreten Implementierung der Link Aggregation in einem Switch bzw. Treiber ab. FreeBSD verwendet dazu beispielsweise eine Hash des Protokoll Headers. Der Hash beinhaltet dabei Ethernet/MAC Quell- und Zieladressen, falls verfügbar ein VLAN-tag, sowie IPv4/IPv6 Quell- und Zieladressen.[6]

Weitere Informationen dazu finden Sie im Artikel Link Aggregation Lastverteilungs-Algorithmen.

Link Aggregation

Static Link Aggregation

Bei der statischen Link Aggregation werden alle Konfigurationsparameter einmalig auf beiden beteiligten Komponenten einer LAG eingerichtet.

Anmerkung: VMware ESX/ESXi 4.0, 4.1 & ESXi 5.0 unterstützen ausschließlich Static Link Aggregation.[7] Seit ESXi 5.1 wird Dynamic Link Aggregation/LACP auch unterstützt.[8] Es gibt jedoch auch mit ESXi 5.5 noch bestimmte Einschränkungen bei der Verwendung von LACP.[9]

Der IEEE Standard beschreibt die Steuerung der Link Aggregation in Kapitel 5.3 Link Aggregation Control ab Seite 23.[5]

Dynamic Link Aggregation - Link Aggregation Control Protocol (LACP)

Das Link Aggregation Control Protocol (LACP) erlaubt darüber hinaus den Austausch von Informationen bezüglich der Link Aggregation zwischen den zwei Mitgliedern einer Link Aggregation. Diese Informationen werden in LACPDUs (Link Aggregation Control Protocol Data Units) verpackt.

Bei LACP kann jeder einzelne Port als Active LACP oder Passive LACP konfiguriert werden:

  • Passive LACP: der Port bevorzugt von sich aus keine LACPDUs zu übertragen. Nur wenn die Gegenstelle Active LACP hat, überträgt der Port LACPDUs (preference not to speak unless spoken to).
  • Active LACP: der Port bevorzugt LACPDUs zu übertragen und somit das Protokoll zu sprechen - unabhängig davon ob die Gegenstelle Passive LACP hat oder nicht (a preference to speak regardless).

LACP bietet gegenüber einer statischen Link Aggregation folgende Vorteile:[10]

  • Ein Ausfall eines physischen Links wird selbst dann erkannt, wenn die Punkt-zu-Punkt Verbindung über einen Media Konverter läuft und damit der Link-Status am Switchport auf Up bleibt. Da LACPDUs auf dieser Verbindung damit ausbleiben, wird dieser Link aus der LAG entfernt. Somit gehen darüber keine Pakete verloren.
  • Die beiden Geräte können sich gegenseitig die LAG Konfiguration bestätigen. Bei statischer Link Aggregation werden Konfigurations- oder Verkabelungsfehler oft nicht so schnell erkannt.

Der IEEE Standard beschreibt LACP im Kapitel 5.4 Link Aggregation Control Protocol (LACP) ab Seite 30.[5]

Einzelnachweise

  1. Link aggregation: Limitations: Single switch (Wikipedia)
  2. Virtual Switching System (VSS) Q&A (cisco.com)
  3. Virtual Chassis Technology Best Practices (kb.juniper.net)
  4. IEEE 802.3ad Link Aggregation (LAG) what it is, and what it is not (Präsentation von Howard Frazier und anderen, Ottawa 17. April 2007)
  5. 5,0 5,1 5,2 IEEE 802.1AX-2008 IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks – Link Aggregation
  6. FreeBSD Handbook, Chapter 31 Advanced Networking
  7. Does ESX 4.0 support 802.3ad Dynamic? (kb.vmware.com)
  8. Enabling or disabling LACP (kb.vmware.com)
  9. Limitations of LACP in VMware vSphere 5.5 (kb.vmware.com)
  10. Link aggregation: LACP Advantages over static configuration (Wikipedia)

Weitere Informationen

Allgemein:

In Bezug auf Linux:


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Autor: Werner Fischer

Werner Fischer, tätig im Bereich Communications / Knowledge Transfer bei Thomas-Krenn, hat sein Studium zu Computer- und Mediensicherheit an der FH Hagenberg abgeschlossen. Er ist regelmäßig Autor in Fachzeitschriften und Speaker bei Konferenzen wie LinuxCon, OSDC, OSMC, LinuxTag u.v.m. Seine Freizeit gestaltet er sehr abwechslungsreich. In einem Moment absolviert er seinen Abschluss im Klavierspielen, im anderen läuft er beim Linzmarathon in der Staffel mit oder interessiert sich für OpenStreetMap.


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