冗馀技术概述
随着互联网的发展，大型校园网从简单的信息提供平台变成了公共服务提供平台。
作为最终用户，您希望始终保持与网络的联系。 因此，稳健、高效、可靠成为校园网发展的重要目标。 为了保证网络的可靠性，需要使用冗余技术。
冗余网络给我们带来的体验是，当网络设备、链路断开或变化时，用户几乎感觉不到。
为了实现这个目标，校园网的各个阶段都需要实施冗馀。 其中包括网络设备、链路和广域网出口、用户端等。
大型校园网的冗馀配置也包括全部三个环节，分别是设备级冗馀、链路级冗馀和网关级冗馀。
本文详细阐述这三种冗馀技术的基本原理和实现。
设备级冗馀技术
设备级冗余技术分为电源冗余和管理卡冗余，由于设备成本的限制，这两种技术都应用于中高档产品。
下图为某制造商交换机的电源冗馀技术。
如图所示，某个制造商设备内置有两个电源插槽，通过插入不同的模块，可以访问双向交流电源或双向DC电源，可以进行设备电源的1-1备份。
工程中最常见的配置是同时插入两个P6800-AC交流模块，以实现220v电源的1 1备份。
电源模块进行冗馀备份后，如果主电源中断，备用电源将继续提供给设备，不会导致业务中断。
注意：实施电源1 1冗馀化时，请使用2个相同型号的电源模块来实现。
如果一个是交流电源模块P6800-AC，另一个是直流电源模块P6800-DC，则交换机可能会损坏。
的管理卡冗馀技术
如图所示，交换机有两个管理卡插槽，M6806-CM是RG-S6806E的主管理模块。
它承担着系统交换、系统状态控制、路由管理、用户访问控制与管理、网络维护等功能。
管理模块插入机箱主板插孔中间的第M1、M2个插槽，支持备用冗馀、热备份和热插拔。
简单地说，管理卡的冗馀是指，在交换机动作中，在主管理板发生异常而不能正常动作的情况下，交换机自动地切换为来自管理板的动作，同时不会失去用户的适当的结构，从而网络正常动作，实现冗馀的功能
实际工程中使用双管理卡的设备均自动选择主管理卡。 先插入设备后变为主管理卡，后插入的卡自动进入冗余状态，也可以通过命令选择哪些卡为主管理卡。
具体配置如下
注意：如果您在运行交换机时，希望在用户进行特定配置后再执行主管理卡切换，请记住保存配置。 如果不保存，用户配置可能会丢失。
在实际项目中，S65系列和S68系列高端交换机通常位于网络中心或区域中心，承载校园网内的关键业务流量。
为了提供更可靠的网络平台。
链路级冗馀
在大规模校园网中经常存在多层和三层链路，通过使用链路级冗馀技术可以实现多个链路之间的备份、通信量的分担、环路的避免。
本章论述几种主要的链路冗馀技术。
提供双链路冗馀：
双层链路实现冗馀的方式主要有两种：生成树协议和链路绑定技术。
其中生成树协议是纯双层协议，但链路绑定技术可以用于两层接口和三层接口。
首先介绍的是链接绑定技术。
双层链路捆绑技术
AP技术的基本原理
将多个双层的物理链路捆绑在一起形成简单的逻辑链路，将该逻辑链路称为聚合端口。
AP是扩展链路带宽的重要方法，符合IEEE 802.3ad标准。
可以将多个端口的带宽重叠使用，形成带宽更高的逻辑端口。 此外，如果AP中的成员链路断开，系统会将该链路上的通信分配给AP中的其他有效链路，以实现负载平衡和链路冗馀。
AP技术通常用于交换机之间的主干链路，或交换机到流量较大的服务器之间。
双层AP技术的基本应用与构成
让我们来看一个简单的AP APP应用程序示例。
在此图中，两台交换机上存在两条百兆链路以形成一个环路。 必须启用生成树协议才能避免循环。 这样，一条链路被阻塞，不仅浪费带宽，而且与使用两条链路实现冗馀和负载平衡的设计初衷相违背。
在这种情况下，使用AP技术可以完全解决这个问题。 通过将两条链路聚合在一起形成逻辑端口聚合端口，带宽提高到200米，如果同时两条链路中的一条发生故障，
流量会自动转发到其他链路，从而达到提高带宽、分担流量和进行冗馀备份的目的。
具体的设备结构以其中的S3550-1为例。
配置完成后，使用命令验证以下结果：
S3550-1#show aggregatePort 1 summary
AggregatePort MaxPorts SwitchPort Mode Ports
------------- -------- ---------- ------ -----------------------
Ag1 8 Enabled Access Fa0/1 , Fa0/2
您可以看到Ag1已正确配置，F0/1和F0/2是AP组1的成员。
双层AP技术的负载均衡
虽然AP技术的部署和应用环境并不复杂，但在实际项目中使用AP时，很多人往往忽略一个问题，那就是如何使用AP的负载均衡模式。
二层AP有两种负载均衡模式： 基于源MAC或者是基于目的MAC进行帧转发。
在实际项目中，灵活运用这两种模式才能使得AP发挥最大的功效。
在图中可以看到在核心和汇聚之间存在一条由三个百兆组成的AP链路，缺省情况下二层AP 基于源MAC 地址进行多链路负载均衡。
这样做在用户侧交换机上是没有任何问题的，因为数据来自不同的用户主机， 源MAC 不同；但是如果在核心交换机上也根据源MAC来投包的话，仅仅会利用上三条链路中的一条，
因为核心交换机发往用户数据帧的源MAC只有一个，就是本身的SVI 接口MAC 。
因此为了能够充分利用AP 的所有成员链路， 必须在核心交换机上更改成基于目的MAC 的负载均衡方式。
调整二层AP 负载均衡模式的配置以S3550 为例：
生成树技术
本章节主要介绍如何在实际项目中运用生成树技术实现二层链路的冗余和流量分担，对于生成树技术原理不会做过多的描述，如果对生成树技术有兴趣的读者请自行查阅资料。
生成树协议802.1D STP 作为一种纯二层协议， 通过在交换网络中建立一个最佳的树型拓扑结构实现了两个重要功能：环路避免和冗余。
但是纯粹的生成树协议IEEE 802.1D 在实际应用中并不多，因为其有几个非常明显的缺陷：收敛慢，而且浪费了冗余链路的带宽。
作为STP 的升级版本， IEEE 802.1W RSTP解决了收敛慢的问题， 但是仍然不能有效利用冗余链路做负载分担。
因此在实际工程应用中，往往会选用802.1S MSTP 技术。
MSTP技术除保留了RSTP快速收敛的优点外，同时MSTP能够使用instance关联VLAN 的方式来实现多链路负载分担。
下面我们来看一个实例：
使用STP实现链路冗余
如图是一种常见的二层组网方式，三台交换机上都拥有两个VLAN ， VLAN10和VLAN20 。
接入层交换机到汇聚交换机有两条链路，如果使用802.1D STP技术来进行链路冗余的话，会导致下图中的结果：
从图中可以很清楚的看出使用802.1D STP 或802.1W RSTP，虽然能够实现链路冗余，但是无论如何都会导致S2126G 的某条上行链路被阻塞，从而导致链路带宽的浪费。
使用MSTP实现链路冗余和负载分担
如果使用802.1S MSTP 的话，就可以同时达到冗余和流量分担的目的。
现在来看看在这种拓扑结构下，如何正确使用MST 实现以上功能.
在三台交换机上全部启用MST，并建立VLAN 10到Instance 10 和VLAN 20 到Instance 20 的映射，这样就把原来的物理拓扑，
通过Instance 到VLAN 的映射关系逻辑上划分成两个拓扑，分别对应VLAN 10 和VLAN 20 。
调整S3550-1 在VLAN10 中的桥优先级为4096，保证其在VLAN 10 的逻辑拓扑中被选举为根桥。
同时调整在VLAN20 中的桥优先级为8192，保证其在VLAN20 的逻辑拓扑中的备用根桥位置。
S3550-2 的调整方法和S3550-1 类似，也是要保证在VLAN20 中，S3550-2 成为根桥，在VLAN10 中，其成为备用根桥。
下图非常形象的描述了本案例使用MSTP 的实现过程
MSTP的配置实例：
S2126G 配置如下
S3550-1 配置如下
S3550-2 配置如下
注意：由于MST 的配置较为复杂， 因此在下面列出了MST 的配置中一些经常出现的错误。
(1) Spanning-tree 模式没有选择。
(2) 各个交换机Instance 映射关系不一致，从而导致交换机间的链路被错误阻塞。
(3) 很多工程师在配置完S3550-1 在Instance10 中的根桥优先级后， 没有将其设置成另一个实例的备用根桥。
这是非常危险的操作， 因为一旦出现Instance20 的主用链路失效后可能导致S2126G 被选举为根桥， 使得VLAN20 的所有流量都必须经过S2126G 这种接入层交换机，
在极端情况下可能导致S2126G 当机。
(4) MST 的配置顺序问题， 应该在配置完MST的参数后再打开生成树，否则有可能出现MST工作异常的情况。
(5) 没有指定VLAN到Instance关联VLAN都被归纳到Instance0，在实际工程中需要注意Instance0 的根桥指定。
三层链路冗余技术
三层链路冗余技术较二层链路冗余技术丰富很多，依靠各种路由协议可以轻松实现三层链路冗余和负载均衡。
另外三层链路捆绑技术也提供了路由协议之外的一种选择。
由于在当前的大型园区网络中，绝大部分情况使用的路由协议都是OSPF，因此在讨论基于路由协议的冗余技术时，只考虑使用OSPF 的情况。
三层链路捆绑技术
三层链路的AP和二层链路AP技术的本质都是一样，都是通过捆绑多条链路形成一个逻辑端口来实现增大带宽，保证冗余和负载分担的目的。
在本节中就只介绍三层AP 的基本配置。
如图所示，两台S3550 需要建立三层AP，以S3550-1 为例，其配置如下：
注意：建立三层AP 需要首先手动建立汇聚端口，并将其设置为三层接口。
如果直接将交换机端口加入的话，会出现接口类型不匹配，命令无法执行的错误。
三层AP的负载均衡模式
和二层AP一样，三层AP也需要选择负载均衡模式，配置如下：
基于OSPF的三层链路冗余技术
基于OSPF的三层链路冗余技术在大型园区网络中使用广泛，通过cost值的调整可以非常容易的实现链路冗余和负载分担。
图中的OSPF网络通过cost调整很好的实现了链路，核心设备和出口的冗余备份和负载分担。
其实对于这种拓扑接口的网络，使用OSPF 还有另外一种解决方案，那就是不修改cost 值，在S6806E 的两条上行链路做负载均衡。
这种方式看似比前一种方案更合理。
但是在实际项目中， 由于园区内部使用私有地址， 在出口路由器上需要做NAT 转换， 因此在这种拓扑中是不可行的。
对于这种网络不可能实现真正意义上的负载均衡，只能通过规划设计来合理分配链路流量。
下面来看看下图中的网络，这个OSPF网络由于是单出口的拓扑结构， 因此不需要通过人工调整cost 值来实现流量分担。
只需要更改OSPF 的参考带宽，OSPF会自动实现负载均衡功能。
网关级冗余技术VRRP的实现
前面谈到的冗余技术保证了园区网络级别的冗余，同样对于使用网络的终端用户来讲，也需要一种机制来保证其与园区网络的可靠连接，这就是网关级冗余技术。
VRRP 是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器失效时，可以及时的由另一台路由器来替代，从而保持通讯的连续性和可靠性， VRRP协议通过交互报文的方法将多台物理路由器模拟成一台虚拟路由器，
网络上的主机与虚拟路由器进行通信。
一旦VRRP组中的某台物理路由器失效，其他路由器自动将接替其工作。
单VLAN的VRRP应用
单VLAN中VRRP的典型应用如下图所示，图中所有设备和用户都处于VLAN10中，对于用户来说，其电脑的网关被设置为虚拟路由器S3550-3 的IP 地址，
实际上真正进行转发的设备是S3550-1 ，S3550-2 作为冗余。
一旦S3550-1 出现故障， S3550-2 将自动接替其工作，对用户来说是感知不到这种变化的。
在单VLAN 中，VRRP的基本配置如下：
S3550-1 的配置
S3550-2 的配置
多VLAN中的VRRP路由器负载分担：
在多VLAN 的情况下，如果使用S3550-1作为主网关，S3550-2 仅仅用来做冗余的话实际上对网络资源是一种极大的浪费。
多VLAN 中的VRRP 路由器负载分担模式本质上是单VLAN中VRRP应用模型的拓展。
如下图所示，针对不同的VLAN中建立相应的VRRP组，通过优先级调整来使得路由器在多个VLAN 中充当不同的角色， 这样可以让流量均匀分布到链路和设备上，从而实现冗余和流量分担的目的。
这种应用思想和MST 的多VLAN流量分担相似，也是基于VLAN实现逻辑拓扑的划分。
在多VLAN环境下，实现VRRP 路由器负载分担的基本配置如下：
S3550-1的配置
S3550-2的配置
经过以上配置后， 最终在VLAN10 中建立VRRP 组1，S3550-1 被当选为主网关， S3550-2成为备用网关，而在VLAN 20 中建立VRRP 组2，
S3550-2 被当选为主网关， S3550-1 成为备用网关。
冗余技术的综合使用实例： MSTP+VRRP
由于每种冗余技术都工作在特定层面上，所以在网络实际应用时需要多种冗余技术的结合使用才能真正保证网络的可靠性。
下面将为大家介绍一个冗余技术综合运用的实例，使用MSTP+VRRP来实现基于VLAN 的链路冗余和网关冗余。
如图所示，这是一个大型园区网络的某个汇聚节点的拓扑图，共有两个用户VLAN ：VLAN10 和VLAN20 ，在接入交换机S2126G 到三层汇聚使用了双核心和双链路备份。
对于这种类型的网络，设计者的意图很明显：希望得到最高的安全性和合理的流量分担。
为了实现这个目的，必须把MSTP和VRRP 结合使用。
如图8-14 所示。
对于这种案例来说， 其实把拓扑图分解成单个VLAN 的逻辑拓扑后， 理解起来是很简单的，无非就是先通过调整桥优先级选出本VLAN 的根桥，
然后再调整VRRP 的优先级使得这台根桥同时成为对应VRRP 组的主网关。
这样正常情况下两个VLAN 的用户的数据流量分别通过不同的上行链路和网关进入园区网络，实现了链路和网关的负载分担。
同时在故障出现时， MSTP 保障二层冗余链路切换功能，而VRRP 保证备用网关的倒换，两种技术被有机的结合，从而完美的解决了这类网络的冗余问题。
本案例的具体配置如下：
S3550-1在VLAN10和VLAN20中的配置
S3550-2在VLAN10和VLAN20 中的配置
注意：在实际工程中做VRRP+MSTP 的配置，一定要注意一个VLAN中根桥的位置和VRRP主网关的位置必须一致，否则会造成网络故障。