链路聚合

随着网络规模不断扩大，用户对骨干链路的带宽和可靠性提出了越来越高的要求。在传统技术中，常用更换高速率的接口板或更换支持高速率接口板的设备的方式来增加带宽，但这种方案需要付出高额的费用，而且不够灵活。

采用链路聚合技术可以在不进行硬件升级的条件下，通过将多个物理接口捆绑为一个逻辑接口，来达到增加链路带宽的目的。在实现增大带宽目的的同时，链路聚合采用备份链路的机制，可以有效的提高设备之间链路的可靠性。

• 链路聚合一般部署在核心结点，以便提升整个网络的数据吞吐量

  在企业网络中，所有设备的流量在转发到其他网络前都会汇聚到核心层，再由核心区设备转发到其他网络，或者转发到外网。因此，在核心层设备负责数据的高速交换时，容易发生拥塞。在核心层部署链路聚合，可以提升整个网络的数据吞吐量，解决拥塞问题。

• 链路聚合能够提高链路带宽，增强网络可用性，支持负载分担

  

  链路聚合是把两台设备之间的多条物理链路聚合在一起，当做一条逻辑链路来使用。这两台设备可以是一对路由器，一对交换机，或者是一台路由器和一台交换机。一条聚合链路可以包含多条成员链路，在ARG3系列路由器和X7系列交换机上默认最多为8条。

  • 链路聚合能够提高链路带宽

    理论上，通过聚合几条链路，一个聚合口的带宽可以扩展为所有成员口带宽的总和，这样就有效地增加了逻辑链路的带宽。

  • 链路聚合为网络提供了高可靠性

    配置了链路聚合之后，如果一个成员接口发生故障，该成员口的物理链路会把流量切换到另一条成员链路上。

  • 链路聚合还可以在一个聚合口上实现负载均衡

    一个聚合口可以把流量分散到多个不同的成员口上，通过成员链路把流量发送到同一个目的地，将网络产生拥塞的可能性降到最低。

• 链路聚合模式

  

  • 手动负载均衡模式

    手工负载分担模式下，Eth-Trunk的建立、成员接口的加入由手工配置，没有链路聚合控制协议的参与。该模式下所有活动链路都参与数据的转发，平均分担流量，因此称为负载分担模式。如果某条活动链路故障，链路聚合组自动在剩余的活动链路中平均分担流量。当需要在两个直连设备间提供一个较大的链路带宽而设备又不支持LACP协议时，可以使用手工负载分担模式。

    ARG3系列路由器和X7系列交换机可以基于目的MAC地址，源MAC地址，或者基于源MAC地址和目的MAC地址，源IP地址，目的IP地址，或者基于源IP地址和目的IP地址进行负载均衡。

  • LACP模式（Link Aggregation Control Protocol）

    在LACP模式中，链路两端的设备相互发送LACP报文，协商聚合参数。协商完成后，两台设备确定活动接口和非活动接口。在LACP模式中，需要手动创建一个Eth-Trunk口，并添加成员口。LACP协商选举活动接口和非活动接口。

    LACP模式也叫M:N模式。M代表活动成员链路，用于在负载均衡模式中转发数据。N代表非活动链路，用于冗余备份。如果一条活动链路发生故障，该链路传输的数据被切换到一条优先级最高的备份链路上，这条备份链路转变为活动状态。

  • 两种链路聚合模式的主要区别:

    在LACP模式中，一些链路充当备份链路。在手动负载均衡模式中，所有的成员口都处于转发状态。

• 数据流控制

  在一个聚合口中，聚合链路两端的物理口（即成员口）的所有参数必须一致，包括物理口的数量，传输速率，双工模式和流量控制模式。成员口可以是二层接口或三层接口。

  数据流在聚合链路上传输，数据顺序必须保持不变。一个数据流可以看做是一组MAC地址和IP地址相同的帧。例如，两台设备间的SSH或SFTP连接可以看做一个数据流。如果未配置链路聚合，只是用一条物理链路来传输数据，那么一个数据流中的帧总是能按正确的顺序到达目的地。配置了链路聚合后，多条物理链路被绑定成一条聚合链路，一个数据流中的帧通过不同的物理链路传输。如果第一个帧通过一条物理链路传输，第二个帧通过另外一条物理链路传输，这样一来同一数据流的第二个数据帧就有可能比第一个数据帧先到达对端设备，从而产生接收数据包乱序的情况。

  为了避免这种情况的发生，Eth-Trunk采用逐流负载分担的机制，这种机制把数据帧中的地址通过HASH算法生成HASH-KEY值，然后根据这个数值在Eth-Trunk转发表中寻找对应的出接口，不同的MAC或IP地址HASH得出的HASH-KEY值不同，从而出接口也就不同，这样既保证了同一数据流的帧在同一条物理链路转发，又实现了流量在聚合组内各物理链路上的负载分担，即逐流的负载分担。逐流负载分担能保证包的顺序，但不能保证带宽利用率。

  • 负载分担的类型主要包括以下几种，用户可以根据具体应用选择不同的负载分担类型。
    • 根据报文的源MAC地址进行负载分担；
    • 根据报文的目的MAC地址进行负载分担；
    • 根据报文的源IP地址进行负载分担；
    • 根据报文的目的IP地址进行负载分担；
    • 根据报文的源MAC地址和目的MAC地址进行负载分担；
    • 根据报文的源IP地址和目的IP地址进行负载分担；
    • 根据报文的VLAN、源物理端口等对L2、IPv4、IPv6和MPLS报文进行增强型负载分担。

访问控制列表（ACL）

企业网络中的设备进行通信时，需要保障数据传输的安全可靠和网络的性能稳定。

访问控制列表ACL（Access Control List）可以定义一系列不同的规则，设备根据这些规则对数据包进行分类，并针对不同类型的报文进行不同的处理，从而可以实现对网络访问行为的控制、限制网络流量、提高网络性能、防止网络攻击等等。

上图中，网关RTA允许192.168.1.0/24中的主机可以访问外网，也就是Internet；而192.168.2.0/24中的主机则被禁止访问Internet。对于服务器A而言，情况则相反。网关允许192.168.2.0/24中的主机访问服务器A，但却禁止192.168.1.0/24中的主机访问服务器A。

设备可以依据ACL中定义的条件（例如源IP地址）来匹配入方向的数据，并对匹配了条件的数据执行相应的动作。

在上图所述场景中，RTA依据所定义的ACL而匹配到的感兴趣流量来自192.168.2.0/24网络，RTA会对这些感兴趣流量进行加密（虚拟局域网VPN中会进行介绍）之后再转发。

• ACL分类

需要注意的是：二层ACL与基本ACL和高级ACL不同的是他是对数据帧进行的识别

• ACL规则

  一个ACL可以由多条“deny | permit”语句组成，每一条语句描述了一条规则。设备收到数据流量后，会逐条匹配ACL规则，看其是否匹配。如果不匹配，则匹配下一条。一旦找到一条匹配的规则，则执行规则中定义的动作，并不再继续与后续规则进行匹配。如果找不到匹配的规则，则设备不对报文进行任何处理。需要注意的是，ACL中定义的这些规则可能存在重复或矛盾的地方。规则的匹配顺序决定了规则的优先级，ACL通过设置规则的优先级来处理规则之间重复或矛盾的情形。

  ARG3系列路由器支持两种匹配顺序：配置顺序和自动排序。

  • 配置顺序按ACL规则编号（rule-id）从小到大的顺序进行匹配。设备会在创建ACL的过程中自动为每一条规则分配一个编号，规则编号决定了规则被匹配的顺序。

    例如，如果将步长设定为5，则规则编号将按照5、10、15…这样的规律自动分配。如果步长设定为2，则规则编号将按照2、4、6、8…这样的规律自动分配。通过设置步长，使规则之间留有一定的空间，用户可以在已存在的两个规则之间插入新的规则。路由器匹配规则时默认采用配置顺序。另外，ARG3系列路由器默认规则编号的步长是5。

  • 自动排序使用“深度优先”的原则进行匹配，即根据规则的精确度排序。

  

  本示例中，RTA收到了来自两个网络的报文。默认情况下，RTA会依据ACL的配置顺序来匹配这些报文。网络172.16.0.0/24发送的数据流量将被RTA上配置的ACL2000的规则15匹配，因此会被拒绝。而来自网络172.17.0.0/24的报文不能匹配访问控制列表中的任何规则，因此RTA对报文不做任何处理，而是正常转发.

• ACL应用-NAT（网络地址转换）

网络地址转换（NAT）

随着Internet的发展和网络应用的增多，IPv4地址枯竭已经成为制约网络发展的瓶颈。尽管IPv6可以从根本上解决IPv4地址空间不足的问题，但目前众多的网络设备和网络应用仍是基于IPv4的，因此在IPv6广泛应用之前，一些过渡技术的使用是解决这个问题的主要技术手段。

网络地址转换技术NAT（Network Address Translation）主要用于实现位于内部网络的主机访问外部网络的功能。当局域网内的主机需要访问外部网络时，通过NAT技术可以将其私网地址转换为公网地址，并且多个私网用户可以共用一个公网地址，这样既可保证网络互通，又节省了公网地址。

• NAT应用场景

  

  企业或家庭所使用的网络为私有网络，使用的是私有地址；运营商维护的网络为公共网络，使用的是公有地址。私有地址不能在公网中路由。

  NAT一般部署在连接内网和外网的网关设备上.(防火墙，路由等)

  NAT是将IP数据报文头部中的IP地址转换为另一个IP地址的过程，主要用于实现内部网络（私有IP地址）访问外部网络（公有IP地址）的功能。NAT一般部署在连接内网和外网的网关设备上。当收到的报文源地址为私网地址、目的地址为公网地址时，NAT可以将源私网地址转换成一个公网地址。这样公网目的地就能够收到报文，并做出响应。此外，网关上还会创建一个NAT映射表，以便判断从公网收到的报文应该发往的私网目的地址。

• 静态NAT

  静态NAT实现了私有地址和公有地址的一对一映射。

  一个公网IP只会分配给唯一且固定的内网主机。

  但是在大型网络中，这种一对一的IP地址映射无法缓解公用地址短缺的问题。

  

  在本示例中，源地址为192.168.1.1的报文需要发往公网地址100.1.1.1。在网关RTA上配置了一个私网地址192.168.1.1到公网地址200.10.10.1的映射。当网关收到主机A发送的数据包后，会先将报文中的源地址192.168.1.1转换为200.10.10.1，然后转发报文到目的设备。目的设备回复的报文目的地址是200.10.10.1。当网关收到回复报文后，也会执行静态地址转换，将200.10.10.1转换成192.168.1.1，然后转发报文到主机A。和主机A在同一个网络中其他主机，如主机B，访问公网的过程也需要网关RTA做静态NAT转换。

• 动态NAT

  动态NAT基于地址池来实现私有地址和公有地址的转换。

  

  本示例中，当内部主机A和主机B需要与公网中的目的主机通信时，网关RTA会从配置的公网地址池中选择一个未使用的公网地址与之做映射。每台主机都会分配到地址池中的一个唯一地址。当不需要此连接时，对应的地址映射将会被删除，公网地址也会被恢复到地址池中待用。当网关收到回复报文后，会根据之前的映射再次进行转换之后转发给对应主机。

  动态NAT地址池中的地址用尽以后，只能等待被占用的公用IP被释放后，其他主机才能使用它来访问公网。

• NAPT

  网络地址端口转换NAPT（Network Address Port Translation）允许多个内部地址映射到同一个公有地址的不同端口。

  

  本例中，RTA收到一个私网主机发送的报文，源IP地址是192.168.1.1，源端口号是1025，目的IP地址是100.1.1.1，目的端口是80。RTA会从配置的公网地址池中选择一个空闲的公网IP地址和端口号，并建立相应的NAPT表项。这些NAPT表项指定了报文的私网IP地址和端口号与公网IP地址和端口号的映射关系。之后，RTA将报文的源IP地址和端口号转换成公网地址200.10.10.1和端口号2843，并转发报文到公网。当网关RTA收到回复报文后，会根据之前的映射表再次进行转换之后转发给主机A。主机B同理。

• Easy IP

  Easy IP 是 NAPT 的一种

  Easy IP适用于小规模局域网中的主机访问Internet的场景。小规模局域网通常部署在小型的网吧或者办公室中，这些地方内部主机不多，出接口可以通过拨号方式获取一个临时公网IP地址。Easy IP可以实现内部主机使用这个临时公网IP地址访问Internet。

  

  本示例说明了Easy IP的实现过程。RTA收到一个主机A访问公网的请求报文，报文的源IP地址是192.168.1.1，源端口号是1025。RTA会建立Easy IP表项，这些表项指定了源IP地址和端口号与出接口的公网IP地址和端口号的映射关系。之后，根据匹配的Easy IP表项，将报文的源IP地址和端口号转换成出接口的IP地址和端口号，并转发报文到公网。报文的源IP地址转换成200.10.10.10/24，相应的端口号是2843。

  路由器收到回复报文后，会根据报文的目的IP地址和端口号，查询Easy IP表项。路由器根据匹配的Easy IP表项，将报文的目的IP地址和端口号转换成私网主机的IP地址和端口号，并转发报文到主机。

• NAT服务器

  与前面描述相反，前面的NAT和NAPT都是从内访问外，而NAT服务器的描述就是从外访问内

  NAT在使内网用户访问公网的同时，也屏蔽了公网用户访问私网主机的需求。当一个私网需要向公网用户提供Web和SFTP服务时，私网中的服务器必须随时可供公网用户访问。

  NAT服务器可以实现这个需求，但是需要配置服务器私网IP地址和端口号转换为公网IP地址和端口号并发布出去。路由器在收到一个公网主机的请求报文后，根据报文的目的IP地址和端口号查询地址转换表项。路由器根据匹配的地址转换表项，将报文的目的IP地址和端口号转换成私网IP地址和端口号，并转发报文到私网中的服务器。

  

  本例中，主机C需要访问私网服务器，发送报文的目的IP地址是200.10.10.1，目的端口号是80。RTA收到此报文后会查找地址转换表项，并将目的IP地址转换成192.168.1.1，目的端口号保持不变。服务器收到报文后会进行响应，RTA收到私网服务器发来的响应报文后，根据报文的源IP地址192.168.1.1和端口号80查询地址转换表项。然后，路由器根据匹配的地址转换表项，将报文的源IP地址和端口号转换成公网IP地址200.10.10.1和端口号80，并转发报文到目的公网主机。