iStack堆叠技术简介

作者：张成哲    班级：1402019    学号：14020199042

【嵌牛导读】：iStack是一种将多台设备堆叠起来，虚拟成一台设备来管理和使用的技术。本文将介绍iStack是如何将这些设备堆叠起来的，以及在网络中的主要应用。

【嵌牛鼻子】：iStack 堆叠 高可靠性 冗余备份

【嵌牛提问】：什么是iStack技术？其主要应用场景是什么？

【嵌牛正文】：

iStack堆叠技术简介： 

       网络中主要存在两种形态的通信设备:盒式设备和框式设备。通常盒式设备部署在网络接入层或对可靠性要求不高的汇聚层，盒式单机设备对端口和带宽扩容不够灵活，扩容增加新的盒式设备会改变原组网结构，但它的优势也比较明显，投资成本相对较低。框式设备一般部署在网络核心层或汇聚层，具有高可靠性、高性能、高端口密度、可扩展性强的优点，由于投入成本较高，它不太适合部署在靠近用户侧的边缘网络。

       针对盒式设备与框式设备的特点，一种结合了两种设备优点的iStack堆叠技术应运而生。iStack堆叠就是将多台设备通过专用堆叠口或业务口连接起来形成一台虚拟的逻辑设备，用户对这台虚拟设备进行管理，来实现对堆叠中的所有设备的管理。这种虚拟设备既具有盒式设备的低成本优点，又具有框式设备的扩展性强以及高可靠性优点。如图1所示。华为设备支持两种模式的iStack堆叠，通过堆叠卡上专用堆叠口进行堆叠的模式叫堆叠卡堆叠，它的主要优势无需配置，直接连接专用堆叠口就能实现iStack功能；另外一种是通过业务口堆叠的模式叫业务口堆叠，它的主要优势不需要专用堆叠卡，支持长距离堆叠。

iStack堆叠具有以下主要优点：

       （1）简化配置和管理。堆叠形成后，多台物理设备虚拟成为一台逻辑设备，用户通过任何一台成员设备登录堆叠系统，多台设备对管理员只呈现一个IP登陆地址，对堆叠系统所有成员设备进行统一配置和管理。

       （2）简化网络运营。iStack网络中的多台设备形成堆叠，虚拟成单一的逻辑设备，简化后的网络不再需要使用xSTP/ERPS/RRPP/SEP环网协议、VRRP等协议保证网络冗余备份，简化了网络配置，同时依靠跨设备的链路聚合，实现快速收敛，提高可靠性。

       （3）高可靠性。堆叠系统多台成员设备之间冗余备份；堆叠支持跨设备的链路聚合功能，实现跨设备的链路冗余备份。这样多设备多链路冗余备份，即使部分端口或设备出现故障，也不会导致跨设备聚合链路完全失效，保证业务从正常成员设备的聚合成员端口转发。

       （4）强大的网络扩展能力。通过增加成员设备，可以轻松自如的扩展堆叠系统的端口数、带宽和处理能力。

       （5）灵活的堆叠模式。iStack支持堆叠卡堆叠和业务口堆叠。堆叠卡堆叠部署和操作简单，无需对成员设备配置，使用专用的堆叠线缆连接就能堆叠成功。业务口堆叠可根据业务实际带宽，灵活选择堆叠物理口的数量,支持长距离堆叠。业务口堆叠不仅支持光口堆叠，而且支持标准的以太网RJ45电口堆叠，电口堆叠使用标准网线连接会使成本更低。

       （6）降低投资成本。网络部署初期，接入用户数少需要的接入设备也较少，随着业务发展，需要增加端口数目和带宽，采用iStack技术很容易扩展接入能力，不但不会改变前期的网络规划，而且会降低首次投入成本。

iStack的一些基本概念：

       iStack堆叠中所有的单台设备称为成员设备，成员设备按照功能不同，分为三种角色：

       （1）Master设备：成员设备的一种，它负责管理整个堆叠。一个堆叠中同一时刻只能有一台成员设备成为Master设备。

       （2）Standby设备：成员设备的一种，Standby设备是Master设备的备设备。当Master设备故障时，Standby设备会接替原Master设备的所有业务。堆叠中只有一台Standby设备。

       （3）Slave设备：成员设备的一种，Slave设备主要用于业务转发，它数量越多，堆叠系统的转发能力越强。堆叠中除了Master设备和Standby设备，其它设备都是Slave设备。

       盒式设备堆叠后形成的虚拟设备相当于一台框式分布式设备，堆叠中的Master相当于虚拟设备的主用主控板，Standby设备相当于备用主控板，Slave1和Slave2充当接口板的角色。Master和Standby除了充当主用主控和备用主控功能外，它们同样都有业务口，同时承担业务板的转发功能。

堆叠建立的过程包括以下四个阶段：

       （1）物理连接：根据网络需求，选择适当的连接方式和连接拓扑，组建堆叠网络。

       （2）角色选举：成员设备之间相互发送堆叠竞争报文，并根据选举原则，选出堆叠系统Master、Standby及Slave设备。角色选举阶段处于Electing（竞争）状态。

       （3）拓扑收集：Master设备收集所有成员设备的拓扑信息，向所有成员设备分配堆叠ID。拓扑收集阶段处于Collecting（收集）状态。

       （4）稳定运行：Master设备将整个堆叠系统的拓扑信息同步给所有成员设备，成员设备同步Master设备的系统软件和配置文件，之后进入稳定运行状态。稳定运行阶段处于Running（运行）状态。

堆叠设备的物理连接方法：

       iStack要正常工作，需要先将成员设备物理连接起来。堆叠口是一种逻辑接口，设备上用于堆叠连接的物理端口称为堆叠物理端口。堆叠卡堆叠无需通过配置指定堆叠物理口，堆叠卡上的端口是专用堆叠物理口。业务口堆叠需要将业务口配置成堆叠物理端口并加入到堆叠口。一个堆叠口可能对应一个堆叠物理端口，也可能由多个堆叠物理端口聚合形成（称为聚合堆叠口）以达到链路备份的效果。一台设备上只有两个堆叠口，分别编号为Stack-Port0和Stack-Port1。为了描述方便，有时也将堆叠口Stack-Port0和Stack-Port1分别称为左口和右口。

       堆叠物理端口之间可以使用专用堆叠线缆、光纤或标准网线连接。专用堆叠线缆不需要配置，组建堆叠系统非常简单；光纤可以将距离很远的物理设备连接成为一个虚拟设备；标准网线连接以太电口进行堆叠，百米以内可正常组网，使得组建堆叠更加灵活。

       堆叠物理端口的连接拓扑有两种：

       （1）链形连接：使用堆叠电缆将一台设备的左口（右口）和另一台设备的右口（左口）连接起来，依次类推，第一台设备的右口（左口）和最后一台设备的左口（右口）没有连接堆叠电缆。这种连接方式称为链形连接，如图4所示。链形拓扑优势是首尾不需要有物理连接，适合长距离堆叠。它的劣势是当链形链路中出现一条链路故障时，会引起堆叠分裂。

       （2）环形连接：将链形连接第一台设备的右口（左口）和最后一台设备的左口（右口）连接起来，这种连接方式称为环形连接，如图4所示。环形连接比链形连接更可靠，当环形链路中出现一条链路故障时，堆叠系统仍能够保持正常工作，并且数据能够按照最短路径转发，提高堆叠链路带宽利用率。

堆叠系统的角色选举方法：

       堆叠系统由多台堆叠成员设备组成，每台成员设备具有一个确定的角色，即Master、Standby及Slave三种不同角色,确定成员设备角色的过程称为角色选举。

       角色选举会在拓扑发生变化的情况下产生，比如：堆叠建立、新设备加入、堆叠分裂或者两个堆叠合并。角色选举规则如下（从第一条开始判断，如果参与选举的成员有多个最优，则继续判断下一条，直到找到唯一的最优成员，才停止选举，此最优成员即为堆叠的Master设备）：

       （1）系统运行时间长的优先；

       （2）成员优先级大的优先；

       （3）成员桥MAC小的优先。

       Master设备选举完成后，Master设备会收集所有成员设备的拓扑信息，根据拓扑信息计算出堆叠转发表项和破环点信息下发给堆叠中的所有成员设备，并向所有成员设备分配堆叠ID。之后进行Standby设备的选举，作为Master设备的备份设备。除Master设备外，最先完成设备启动的设备优先被选为备份设备。当除Master设备外其它设备同时完成启动时，备设备的选举规则如下（依次从第一条开始判断，直至找到最优的设备才停止比较）：

       （1）堆叠优先级最高的设备成为备设备；

       （2）堆叠优先级相同时，MAC地址最小的成为备设备。

       （3）除Master设备和Standby设备之外，剩下的其他成员设备作为Slave设备加入堆叠。

堆叠系统的稳定运行过程：

       角色选举、拓扑收集完成之后，所有成员设备会自动同步主设备的系统软件和配置文件。

       堆叠具有自动加载系统软件的功能，待组成堆叠的成员设备不需要具有相同软件版本，只需要版本间兼容即可。当备设备或从设备与主设备的软件版本不兼容时，备设备或从设备会自动从主设备下载系统软件，然后使用新系统软件重启，并重新加入堆叠。

       堆叠具有配置文件同步机制，备设备或从设备会将主设备的配置文件同步到本设备，配置文件只在当前主设备上执行，其它成员设备保持同步备份，以保证堆叠中的多台设备能够像一台设备一样在网络中工作，并且在主设备出现故障之后，Standby设备接替原先Master设备所有的业务，使得网络仍能够正常运行。