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Smart Link & Monitor Link技术白皮书
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Smart Link用于双上行组网中实现主备链路的冗余备份，并提供亚秒级的快速链路切换。如图1所示，在Device C和Device D上采用Smart Link功能，可以实现主用上行链路故障时，将流量快速切换到备用上行链路。
图1 Smart Link应用场景示意图
虽然双上行组网可以提供链路备份，但网络中的环路会引起广播风暴，因此，需要采取措施避免环路。一般情况下，可以通过STP（Spanning Tree Protocol，生成树协议）来消除环路，但STP的收敛时间较长，会丢失较多流量，不适用于对收敛时间有很高要求的组网环境。另一种高效的环网解决方案RRPP（Rapid Ring Protection Protocol，快速环网保护协议）虽然可以提高收敛性能，但是RRPP主要适用于较复杂的环形组网，且配置复杂度较高。基于上述原因，H3C提出了Smart Link技术解决方案。
Smart Link是一种为双上行组网量身定做的解决方案，具有如下优点：
· 能够实现在双上行组网的两条链路正常情况下，只有一条处于连通状态，而另一条处于阻塞状态，从而防止了环路引起的广播风暴。
· 当主用链路发生故障后，流量会在亚秒级的时间内迅速切换到备用链路上，保证了数据的正常转发。
Smart Link组也称为灵活链路组，一个Smart Link组包含两个成员端口，其中一个被指定为主端口（Primary Port），另一个被指定为从端口（Secondary Port），不同的Smart Link组可以包含同一个端口。正常情况下，只有一个端口（主端口或从端口）处于转发（ACTIVE）状态，另一个端口被阻塞（BLOCK），处于待命（STANDBY）状态。当处于转发状态的端口发生链路故障（链路故障目前主要是指端口状态转为DOWN、以太网OAM链路故障等）时，Smart Link组会自动将该端口阻塞，并将原阻塞的处于待命状态的端口切换到转发状态。
图2 Smart Link技术应用场景图
如图2所示，Device C的端口Port A和Port B组成了一个Smart Link组，端口Port A处于转发状态，端口Port B处于阻塞状态。Device D的端口Port A和Port B组成了另外一个Smart Link组，端口Port B处于阻塞状态，端口Port A处于转发状态。
主端口（Primary Port）是通过命令行指定的Smart Link组的一种端口角色。Smart Link组的主端口可以是以太网端口（电口或光口），也可以是聚合接口。
如图2所示，Device C的Smart Link组中处于转发状态的端口Port A是主端口。
从端口（Secondary Port）是通过命令行指定的Smart Link组的另外一种端口角色。Smart Link组的从端口可以是以太网端口（电口或光口），也可以是聚合接口。从端口所在的链路也被称为从链路。
如图2所示，Device C的Smart Link组中被阻塞的端口Port B是从端口。
保护VLAN是Smart Link组内承载数据流量的用户数据VLAN。端口可以加入多个Smart Link组，这些Smart Link组的保护VLAN不同。各Smart Link组分别独立计算组内端口的转发状态。
如图3所示，Device C上可以创建Smart Link组1和Smart Link组2，两个Smart Link组分别保护不同的VLAN，Smart Link组1保护VLAN 1～10，Smart Link组2保护VLAN 11～20，这样就可以控制两组VLAN的流量分别通过不同的端口上行。
图3 Smart Link组保护VLAN示意图
当Smart Link组发生链路切换时，原有的转发表项已经不再适用于新的拓扑网络，需要对整网进行MAC地址转发表项和ARP表项的更新。Smart Link通过Flush报文来通知其他设备进行表项的刷新操作。
Flush报文采用IEEE802.3封装，包括Destination MAC、Source MAC、Control VLAN ID和VLAN Bitmap等信息字段。Flush报文格式如图4所示。
图4 Flush报文格式
· Destination MAC为未知组播地址。可以通过判断该地址是否为0x010F-E200-0004来区分该报文是否为Flush报文。
· Source MAC表示发送Flush报文的设备的接口MAC地址，如果该接口没有MAC地址，则使用二层协议的缺省MAC地址。
· Control Type表示控制类型。目前只有删除MAC地址转发表项和ARP表项一种（0x01）。
· Control Version表示版本号。当前版本号为0x00，用于后续版本的扩展。
· Device ID表示发送Flush报文的设备的桥MAC地址。
· Control VLAN ID表示发送控制VLAN的ID号。
· Auth-mode表示认证模式，和Password一起使用，便于以后进行安全性扩展。
· VLAN Bitmap表示VLAN位图，用于携带需要刷新地址表的VLAN列表。
· FCS表示帧校验和，用于检查报文的合法性。
发送控制VLAN（Control VLAN）是Smart Link组用于广播发送Flush报文的VLAN。
设备上开启了Flush报文发送功能后，当Smart Link组发生主备链路切换时，设备会从新的转发链路上在发送控制VLAN内广播发送Flush报文。
接收控制VLAN是上游设备用于接收并处理Flush报文的VLAN。
上游设备开启了Flush报文发送功能后，当发生链路切换时，上游设备会处理收到的属于接收控制VLAN的Flush报文，进而执行MAC地址转发表项和ARP表项的刷新操作。
双上行链路都正常的情况下，主端口处于转发状态，所在的链路是主链路，从端口处于待命状态，所在链路是从链路。数据在主链路进行传输，网络中不存在环路，避免产生广播风暴。
当主链路发生故障时，主端口切换到待命状态，从端口切换到转发状态。此时，网络中各设备上的MAC地址转发表项和ARP表项可能已经错误，需要提供一种MAC地址转发表项和ARP表项更新的机制，完成流量的快速切换，以免造成流量丢失。目前更新机制有以下两种。
这种方式适用于上游设备（如2.2.2 1. 图5中的Device A、Device B和Device D）支持Smart Link功能，能够识别Flush报文的情况。
图5 Smart Link运行机制示意图
为了实现快速链路切换，需要在Device C上开启Flush报文发送功能，在上游设备所有处于双上行网络上的端口开启接收处理Flush报文功能。
(2) Device C发生链路切换后，会从新的转发链路上发送Flush报文，即从端口Port B发送Flush报文。Flush报文的VLAN Bitmap字段填充链路切换前组内处于转发状态的Port A所在Smart Link组的保护VLAN ID，Control VLAN ID字段填充Smart Link组配置的发送控制VLAN ID。
(3) 当上游设备收到Flush报文时，判断该Flush报文的发送控制VLAN是否在收到报文的端口配置的接收控制VLAN列表中。如果不在接收控制VLAN列表中，设备对该Flush报文不做处理，直接转发；如果在接收控制VLAN列表中，设备将提取Flush报文中的VLAN Bitmap数据，将设备在这些VLAN内学习到的MAC转发表项及ARP表项删除。
此后，如果Device A收到目的设备为Device C的数据报文，对于需要进行二层转发的报文，Device A会通过二层广播方式进行转发；对于需要进行三层转发的报文，设备会通过ARP探测方式先更新ARP表项，然后将报文转发出去。这样，数据流量就可以正确地进行发送。
通过Flush报文通知设备更新的机制无须等到表项老化后再进行更新，可以大大减少表项更新所需时间。一般情况下，链路的整个切换过程可在毫秒级的时间内完成的，基本无流量丢失。
· 为了保证Flush报文在发送控制VLAN内正确传送，请确保双上行网络上的所有端口都属于发送控制VLAN。否则，Flush报文将发送或转发失败。
· 建议用户以保留Tag的方式发送Flush报文，若想以去掉Tag的方式发送Flush报文，需确保对端端口缺省VLAN和发送控制VLAN一致，否则将导致Flush报文不在发送控制VLAN内传送。
这种方式适用于与不支持Smart Link功能的设备（包括其他厂商设备）对接的情况，需要有上行流量触发。
· 如果没有来自Device C的上行流量去触发Device A的MAC及ARP表项更新，那么当Device A收到目的设备为Device C的数据报文时，Device A仍会通过Port A转发出去，但报文已经不能到达Device C，流量中断，直到其MAC或ARP表项自动老化。
· 如果Device C有上行流量要发送，但由于Device C的MAC及ARP表项也是错误的，所以直到其表项自动老化、重新学习后，流量才能被发送出去。当上行流量通过Port B到达设备Device A后，Device A会更新自己的MAC及ARP表项，那么当Device A再收到目的设备为Device C的数据报文时，Device A会通过Port B转发出去，报文就可以经由Device D到达Device C。
Smart Link组支持抢占模式和非抢占模式，不同模式下的链路恢复机制不同：
· 如果Smart Link组配置为抢占模式：
¡ Smart Link组配置为角色抢占模式，当主链路故障恢复后，主端口将抢占为转发状态，从端口则进入待命状态。只有当主链路故障时，从端口才会从待命状态切换到转发状态。
¡ Smart Link组配置为角色速率抢占模式：
- 指定速率抢占阈值（threshold threshold-value）时，如果主从端口的接口速率差值大于等于接口速率较小值的threshold-value%，则接口速率大的端口为转发状态。
- 未指定速率抢占阈值时，接口速率大的端口为转发状态。
· 如果Smart Link组配置为非抢占模式，当主链路故障恢复后，从端口将继续处于转发状态，主端口继续处于待命状态，这样可以保持流量的稳定。
如图6所示，当Device C的端口Port A的链路恢复后：
· 如果该Smart Link组配置为角色抢占模式，则端口Port B将阻塞并切换到待命状态，而端口Port A将抢占到转发状态。
· 如果配置为非抢占模式，端口Port A仍将继续处于待命状态，不进行流量切换，从而保持流量稳定。
图6 Smart Link链路恢复处理机制示意图
在同一个双上行链路组网中，可能同时存在多个VLAN的数据流量，Smart Link可以实现流量的负载分担，即不同VLAN的流量沿不同的路径进行转发。通过把上行链路的端口分别配置为两个Smart Link组的成员（每个Smart Link组的保护VLAN不同），且端口在不同组中的转发状态不同，这样就能实现不同Smart Link组保护VLAN的流量转发路径不同，从而达到负载分担的目的。
如图7所示，在Device C上创建两个Smart Link组，每个Smart Link组保护的VLAN不同，但均配置为角色抢占模式。Smart Link组1的主端口为Port A，从端口为Port B，保护VLAN为VLAN 1～10；Smart Link组2的主端口为Port B，从端口为Port A，保护VLAN为VLAN 11～20。两个Smart Link组中的主端口均处于转发状态。这样，VLAN 1～10的流量将沿着蓝色线条所表示的链路进行传输，VLAN 11～20的流量将沿着红色线条所表示的链路进行传输，从而实现VLAN流量的负载分担。
图7 Smart Link负载分担机制示意图
在实现负载分担时，建议将Smart Link组配置为角色抢占模式或速率抢占模式，否则无法保证流量按照用户的想法一直在两条链路上进行分担。因为，如果配置为非抢占模式，刚开始可以实现流量分流，但链路故障后所有流量将集中在同一条链路上传输，链路恢复后流量继续在同一条链路上传输，这样就无法达到负载分担的目的。
· 开启了STP和RRPP功能的端口不能作为Smart Link组的成员端口。
· 聚合组成员端口和业务环回组成员端口不能作为Smart Link组的成员端口。
Monitor Link是一种接口联动方案，通过监控设备的上行接口，根据其up/down状态的变化来触发下行接口up/down状态的变化，从而触发下游设备上的拓扑协议进行链路的切换。
图8 Monitor Link技术产生背景组网图
如图8所示，Device C上配置了Smart Link功能用于链路冗余备份，Port A为主端口，Port B为从端口。当端口Port A所在主链路出现故障时，流量在毫秒级的时间内切换到端口Port B所在的从链路上，从而实现了高效可靠的链路备份和快速收敛性能。
但是，当Device B的上行接口Port A所在链路出现故障时，配置Smart Link组的设备Device C由于其主端口Port A所在链路并未发生故障，所以此时不会出现Smart Link组内的链路切换。但实际上Device C上的流量已经无法通过端口Port A的链路上行到Device A，流量就此中断。为了解决这类问题，Monitor Link技术应运而生。
Monitor Link是对Smart Link技术的有力补充。Monitor Link用于监控上行链路，以达到让下行链路同步上行链路状态的目的，使Smart Link的备份作用更加完善。
Monitor Link组也称为监控链路组，由一个或多个上行和下行接口组成。下行接口的状态随上行接口状态的变化而变化。如图9所示，Device A的端口Port A、Port B和Port C组成了一个Monitor Link组。
图9 Monitor Link概念介绍示意图
上行接口（Uplink Port）是Monitor Link组中的监控对象，是通过命令行指定的Monitor Link组的一种端口角色。Monitor Link组的上行接口可以是以太网端口（电口或光口）或聚合接口。
如图9所示，Device A的端口Port A为该设备上配置的Monitor Link组的上行接口。
如果多个端口被配置为Monitor Link组的上行接口，则Monitor Link组的下行接口状态由处于up状态的上行接口个数决定：
· Monitor Link组中状态为up的上行接口个数小于上行接口阈值时，Monitor Link组就处于down状态，并将强制使其所有下行接口的状态都变为down。
· Monitor Link组中状态为up的上行接口个数大于或等于上行接口阈值时，Monitor Link组的状态就恢复为up，并使其所有下行接口的状态都恢复为up。
· 当Monitor Link组的上行接口未指定时，则认为上行接口故障，所有下行接口都将被关闭。
下行接口（Downlink Port）是Monitor Link组中的监控者，是通过命令行指定的Monitor Link组的另外一种端口角色。Monitor Link组的下行接口可以是以太网端口（电口或光口）或聚合接口。
如图9所示，Device A的端口Port B和Port C为该设备上配置的Monitor Link组的两个下行接口。
当Monitor Link组的上行接口恢复正常时，Monitor Link只会开启由上行接口故障而阻塞的下行接口，不能开启手工关闭的下行接口。并且某个下行接口故障对上行接口和其他下行接口没有影响。
如图10所示，在Device C上配置了Smart Link组。其中，Port A为主端口处于转发状态，Port B为从端口。为了防止出现因Device B的端口Port A所在链路故障所引起Device C的流量无法上行的现象，在Device B上配置了Monitor Link组，并指定端口Port A为上行接口，Port B为下行接口。
图10 Monitor Link运行机制示意图
当Device B的上行接口Port A所在链路出现故障时，Monitor Link组强制关闭该组的下行接口Port B，从而触发Device C上Smart Link组的链路切换。
当Device B的上行接口Port A所在链路故障恢复时，下行接口Port B也将被开启，如果Device C上Smart Link组配置为角色抢占模式，则同样会触发Device C上Smart Link组的链路切换，否则等待下一次链路切换。
这样，Monitor Link技术配合Smart Link技术实现了高效可靠的链路备份和快速收敛性能。
聚合组成员端口和业务环回组成员端口不能作为Monitor Link组的成员端口。
如图11所示，典型的双上行组网是Smart Link及Monitor Link技术的主要应用场景。
图11 Smart Link与Monitor Link配合组网图
在该组网环境中，通过在Device C和Device D配置多个Smart Link组并保护不同的VLAN，这些VLAN的流量分别沿双上行链路的不同路径转发，实现负载分担的目的。当Device B与Device C或Device D与Device E之间的链路出现故障时，Smart Link组迅速感知并进行链路的切换。为了使Device C（或Device D）能直接感知Device A与Device B（或Device E）之间的链路故障，还需要在Device B（或Device E）上配置了Monitor Link组，端口Port A作为上行接口，端口Port B和Port C分别作为对应的下行接口。
Monitor Link组一旦检测到上行接口所在链路故障，将强制关闭下行接口，从而触发Device C和Device D上的Smart Link组内的链路切换。当上行接口或链路故障恢复时，下行接口将自动开启，从而使Device C（或Device D）能够迅速感知Device A与Device B（或Device E）之间链路状态的变化。
在如图12所示的组网中，通过使用Smart Link及Monitor Link技术进行备用链路的级联，可以达到更加可靠的链路备份的目的。
具体的实现方法为：将一个Smart Link组所有成员端口作为一个Monitor Link组的上行接口，而该Monitor Link组下行接口的对端端口为另外一个Smart Link组的主端口或者从端口。
图12 Smart Link级联组网图
各设备Smart Link与Monitor Link配置情况如表1所示。
表1 Smart Link与Monitor Link配置一览表
|
Device |
Smart Link Group 1 |
Monitor Link Group 1 |
||
|
Primary Port |
Secondary Port |
Uplink Port |
Downlink Port |
|
|
Device C |
Port A |
Port B |
Port A、Port B |
Port C |
|
Device J |
Port A |
Port B |
Port A、Port B |
Port C |
|
Device F |
Port A |
Port B |
未创建Monitor Link组 |
|
在如图13所示的组网中，Smart Link和RRPP混合应用。其中，Device A、Device B、Device D和Device E上开启了RRPP协议提供链路冗余备份，Device C上配置Smart Link组。
如果通过配置STP来实现链路备份的话，要求Device B、Device D和Device C相连的所有端口都开启STP功能。因为Device B和Device D相连的两个端口已经开启了RRPP功能，不能再开启STP 功能，所以Device C上的链路备份可以通过配置Smart Link组来实现，这样比在Device B、Device C和Device D上配置RRPP子环更简单方便，同时还适用于Device C不支持RRPP的场合。
图13 Smart Link与RRPP混合组网图
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