C9K Stackwise Virtual（一）

一、SV技术基本说明

思科Catalyst9K平台的Stackwise Virtual技术是将两个物理的交换机虚拟成一个逻辑的实体（从网络控制层面和管理的角度来看），这两个交换机合二为一之后，将共享相同的配置和转发状态。这项技术对于网络设计在如下方面都得到了强化：

• 高可用性

• 扩展性

• 设备管理

• 设备维护

由于两个设备都虚拟成了一台逻辑的设备，所以生成树（STP）将该逻辑的设备视为一个桥节点，但是和其他的SW设备协同工作，也需要注意STP的使用。另外，该技术也整合了包括SSO（Stateful Switch Over）、NSF（Non-Stop Forwarding）、MEC（Multi-chassis EtherChannel）等技术，以提升了可靠性。

 从如上这个图我们可以看到，该技术消除了HSRP/VRRP等FHRP协议的使用，避免FHRP协议的一些问题。并通过LACP，PAGP等完成了的Ethernet Channel的建立，实现EMC。为了使用该技术，需要特定的硬件和软件来支持。且不同的设备，要求可能也会不一样。

二、SV技术的架构

该技术将两台配置为同一给SV domain的物理设备虚拟成为一台逻辑的设备，其中一台设备被指定为Active角色，另外一台则作为Standby角色，所有的控制平面的工作都是Active交换机来处理，这包括了我们熟知的SNMP、SSH、Telnet等管理方式；L2的协议如BPDU、PDU、LACP等；L3的路由协议；软件数据路径等。

对于数据平面和流量转发，SV域中的两台交换机都会参与，每台交换机都可以将流量从自己的物理接口转发到上行接口，不是所有的流量都需要Active交换机来转发，除非某一交换机查询到目的是在SV域中另一台交换机，那么会将该流量通过SVL（Stackwise Virtual Link）转发给那台交换机进行出口方向的处理。

1、SV MAC地址

• 当交换机启动，作为Active交换机时，它将给所有的L3接口分配MAC地址，默认情况下，MAC地址从位于Cisco Catalyst 9000交换机本身的EEPROM存储设备派生。

• 当选为Active角色的交换机将为SV domain提供系统MAC地址。
  

• 当Standby交换机上线之后，它的MAC地址也将由Active交换机的MAC EEPROM派生。

• 即使SV交换机的角色发生了切换，MAC地址也会保持不变。当该情况发生时，show switch查看也能看到MAC persistency wait time（MAC持久性等待时间）为“indefinite”（未定义）。此行为特别有助于减少对流量的影响，因为在意外切换期间，SV domain不必向邻居通告新的MAC地址。

SV-1#show switch

Switch/Stack Mac Address : 2eaf.be84.0a12 - Local Mac Address
Mac persistency wait time: Indefinite
H/W Current
Switch#         Role         Mac Address     Priority     Version     State
-------------------------------------------------------------------------------------
 1         Standby     　　　2eaf.be84.0a12     15         　　　　　　　Ready
*2         Active     　　　 00b0.e1f2.6820     1         　　　　　　　 Ready

我们可以通过命令“stack-mac persistent timer #”来修改该行为的时间，在该配置的时间内，会使用当前的Active交换机来更新系统的MAC地址。

•  如果整个SV domain的设备被重启并再次上线之后，并且Peer交换机或其他的交换机作为了SV Active交换机，则Virtual MAC地址将由当前的Active交换机重新分配，所以虚拟MAC地址将和系统重启之前不同。
• 如果SV domain中的其中一台交换机由于硬件问题而发生故障，并且恰好是SV MAC地址的所有者，那么系统将继续使用相同的MAC地址运行，除非SV domain重新加载或用户明确更新Stack的MAC地址。要在SV domain上更新MAC地址，可以执行命令“ stack-mac update force”。 这将使用当前Active的交换机更新Stack MAC地址。

2、Stackwise Virtual Link（SVL）

SVL是为了让两台C9K交换机形成SV的关键，相关信号或控制信息需要通过SVL来交互，为了促进信息的交互，在两台交换机之间使用的专门的链路来传输数据和控制流量，这个链路就叫做SVL。

该链路通过EthernetChannel形成，可以有1-8个物理接口组成，该链路承载正常的数据流量和SV控制流量。

为了确保在SVL上控制流量获得最高优先级，在所有Link的控制帧上都设置了特殊位。这有助于确保这些帧始终在出口硬件队列上获得优先服务。从数据平面的角度来看，SVL用于将内部交换机数据路径扩展到相邻交换机。使用配置的EtherChannel load-balancing算法，可在SVL负载平衡发送的数据流量。

通过SVL发送的所有帧都用SV头部封装，该头部由出接口ASIC添加到数据帧，并在SVL的另一侧被入口端口ASIC剥离。该头部中包含诸如入端口索引、目标端口索引、VLAN和服务等级（CoS）之类的信息。SV头部的长度为64个字节。它被放置在以太网前导之后，并直接位于第2层头部之前，如下所示。

初始化过程必须确定哪个交换机将成为StackWise Virtual Domain的Active交换机。要确定Active角色和Standby角色，必须初始化SVL并使其联机以进行控制平面通信。由于此决策会影响每个交换机的行为，因此必须在交换机启动周期的早期就协商好角色。因此，在初始化系统的其余部分之前，系统必须使SVL及其关联的端口Online。

通过SVL发送的内部消息可促进两个交换机之间的通信。 因为该Link通过EtherChannel接口被实现，所以它可以低于单链路故障。在激活SV domain之前，系统必须使SVL Online。初始化序列包括如下所示的步骤。

初始化

交换机确定其系统本地的哪些端口是构成SVL的成员，并且预先解析配置文件以提取适当的SVL命令及其相关的接口。这样，可以快速将链路接口置于Online状态。一旦Online，就在SVL的每个Link上激活链接管理协议（Link Management Protocol，LMP）。 

LMP执行以下功能：

• 通过建立双向流量转发来验证链路完整性，并拒绝任何单向链路；
• 周期交换Hello，以监视和维护Links的健康状况；
• 在交换机之间协商SV Header的版本。

StackWise虚拟链接角色解析

每个交换机的冗余角色由StackWise发现协议（SDP）解决。

该协议执行以下功能：

• 确定硬件和软件版本是否允许形成Cisco StackWise Virtual Domain；
• 从控制平面的角度确定哪个交换机将成为Active交换机，哪个将成为Standby交换机。

HA角色确定

在角色解析期间，首先确定Active角色，然后才对具有成员角色的另一台交换机进行兼容性检查，然后进行批量配置同步。然后，交换机借助SSO机制转换为Standby角色。

*Mar 1 01:41:05.532: %HA_CONFIG_SYNC-6-BULK_CFGSYNC_SUCCEED: Bulk Sync succeeded
*Mar 1 01:41:06.535: %RF-5-RF_TERMINAL_STATE: Terminal state reached for (SSO)

3、软硬件需求

从Release16.8.1开始，Stackwise Virtual在所有的Catalyst3850 XS型号和Catalyst9500系列交换机开始支持。

从Release16.9.1开始，Stackwise Virtual只在C9404和C9407支持，并且仅在两个参与Stackwise Virtual 的机箱的相同插槽号中放置单个Supervisor。如果机箱内有备引擎，将在Stackwise Virtual中处于power-off状态。如果Active要求发生了故障，需要用新的引擎或者备引擎来替换。此限制将在以后的软件版本中删除。 WS-SUP-1和WS-SUP1-XL都支持Stackwise Virtual。但是，对于SUP-1，Stackwise Virtual 配置需要额外的许可证。

从Release16.10.1开始，Stackwise Virtual也在所有的高性能C9500支持，如C9500-24Y4C, C9500-48Y4C, C9500-32QC, C9500-32C。