31.7. Link-Aggregation und Failover

Geschrieben von Andrew Thompson.
Übersetzt von Benedict Reuschling und Sharon Bahagi.

Die von FreeBSD unterstützte lagg(4)-Schnittstelle erlaubt die Gruppierung von mehreren Netzwerkadaptern als eine virtuelle Schnittstelle, mit dem Ziel, Ausfallsicherheit (Failover) und Link Aggregation bereitzustellen. Bei Failover kann der Verkehr auch dann weiter fließen, wenn nur eine Schnittstelle verfügbar ist. Link Aggregation funktioniert am besten mit Switches, die LCAP unterstützen, da dieses Protokoll den Datenverkehr bidirektional verteilt, während es auch auf den Ausfall einzelner Verbindungen reagiert.

Die von der lagg-Schnittstelle unterstützten Protokolle bestimmen, welche Ports für den ausgehenden Datenverkehr benutzt werden, und ob ein bestimmter Port eingehenden Datenverkehr akzeptiert. Die folgenden Protokolle werden von lagg(4) unterstützt:

Failover (Ausfallsicherheit)

Dieser Modus sendet und empfängt Datenverkehr nur auf dem Masterport. Sollte der Masterport nicht zur Verfügung stehen, wird der nächste aktive Port verwendet. Der zuerst hinzugefügte Adapter der virtuellen Schnittstelle wird zum Masterport, jeder weitere Adapter dient als Gerät zur Ausfallsicherheit. Wenn ein Failover auf einem Nicht-Master Port stattfindet, wird der ursprüngliche Port wieder zum Master-Port, sobald er wieder verfügbar ist.

fec / loadbalance (Lastverteilung)

Cisco® Fast EtherChannel® (FEC) findet sich auf älteren Cisco® Switches. Es bietet eine statische Konfiguration und handelt weder Aggregation mit der Gegenstelle aus, noch werden Frames zur Überwachung der Verbindung ausgetauscht. Wenn der Switch LACP unterstützt, sollte diese Option auch verwendet werden.

lacp

Das IEEE® 802.3ad Link-Aggregation Control Protokoll (LACP). Mit LACP wird eine Menge von aggregierbaren Verbindungen mit der Gegenstelle in einer oder mehreren Link Aggregated Groups (LAG) ausgehandelt. Jede LAG besteht aus Ports der gleichen Geschwindigkeit, eingestellt auf Voll-Duplex-Betrieb. Der Verkehr wird über die Ports in der LAG mit der größten Gesamtgeschwindigkeit balanciert. Typischerweise gibt es nur eine LAG, die alle Ports enthält. Im Falle von Änderungen in der physischen Anbindung wird LACP schnell zu einer neuen Konfiguration konvergieren.

LACP balanciert ausgehenden Verkehr über die aktiven Ports basierend auf der gehashten Protokollheaderinformation und akzeptiert eingehenden Verkehr auf jedem aktiven Port. Der Hash beinhaltet die Ethernet-Quell- und Zieladresse, und, soweit verfügbar, den VLAN-Tag, sowie die IPv4 oder IPv6 Quell- und Zieladresse.

roundrobin

Dieser Modus verteilt ausgehenden Verkehr mittels einer Round-Robin-Zuteilung über alle aktiven Ports und akzeptiert eingehenden Verkehr auf jedem aktiven Port. Da dieser Modus die Reihenfolge von Ethernet-Rahmen verletzt, sollte er mit Vorsicht eingesetzt werden.

31.7.1. Beispiele

Dieser Abschnitt zeigt, wie man einen Cisco® Switch und ein FreeBSD-System für LACP Load Balancing konfiguriert. Weiterhin wird gezeigt, wie man zwei Ethernet-Schnittstellen, sowie eine Ethernet- und eine Drahtlos-Schnittstelle für den Failover-Modus konfigurieren kann.

Beispiel 31.1. LACP Aggregation mit einem Cisco® Switch

Dieses Beispiel verbindet zwei fxp(4) Ethernet-Schnittstellen einer FreeBSD-Maschine zu den ersten zwei Ethernet-Ports auf einem Cisco® Switch als eine einzelne, lastverteilte und ausfallsichere Verbindung. Weitere Adapter können hinzugefügt werden, um den Durchsatz zu erhöhen und die Ausfallsicherheit zu steigern. Ersetzen Sie die Namen der Cisco®-Ports, Ethernet-Geräte, channel-group Nummern und IP-Adressen im Beispiel durch Namen, die mit Ihrer lokalen Konfiguration übereinstimmen.

Da die Reihenfolge der Frames bei Ethernet zwingend eingehalten werden muss, fließt auch jeglicher Verkehr zwischen zwei Stationen über den gleichen physischen Kanal, was die maximale Geschwindigkeit der Verbindung auf die eines einzelnen Adapters beschränkt. Der Übertragungsalgorithmus versucht, so viele Informationen wie möglich zu verwenden, um die verschiedenen Verkehrsflüsse zu unterscheiden und balanciert diese über die verfügbaren Adapter.

Fügen Sie auf dem Cisco®-Switch die Adapter FastEthernet0/1 und FastEthernet0/2 zu der channel-group 1 hinzu:

interface FastEthernet0/1
 channel-group 1 mode active
 channel-protocol lacp
!
interface FastEthernet0/2
 channel-group 1 mode active
 channel-protocol lacp

Erstellen Sie auf der FreeBSD Maschine die lagg(4)-Schnittstelle unter Verwendung von fxp0 und fxp1 und starten Sie die Schnittstelle mit der IP-Adresse 10.0.0.3/24:

# ifconfig fxp0 up
# ifconfig fxp1 up
# ifconfig lagg0 create 
# ifconfig lagg0 up laggproto lacp laggport fxp0 laggport fxp1 10.0.0.3/24

Überprüfen Sie den Status der virtuellen Schnittstelle:

# ifconfig lagg0
lagg0: flags=8843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> metric 0 mtu 1500
        options=8<VLAN_MTU>
        ether 00:05:5d:71:8d:b8
        inet 10.0.0.3 netmask 0xffffff00 broadcast 10.0.0.255
        media: Ethernet autoselect
        status: active
        laggproto lacp
        laggport: fxp1 flags=1c<ACTIVE,COLLECTING,DISTRIBUTING>
        laggport: fxp0 flags=1c<ACTIVE,COLLECTING,DISTRIBUTING>

Ports, die als ACTIVE markiert sind, sind Teil der aktiven Aggregations-Gruppe, die mit dem Switch ausgehandelt wurde. Der Verkehr wird über diese Gruppe übertragen und empfangen. Benutzen Sie ifconfig(8) mit -v, um sich die LAG-Bezeichner anzeigen zu lassen.

Um den Status der Ports auf dem Switch anzuzeigen, benutzen Sie show lacp neighbor:

switch# show lacp neighbor
Flags:  S - Device is requesting Slow LACPDUs
        F - Device is requesting Fast LACPDUs
        A - Device is in Active mode       P - Device is in Passive mode

Channel group 1 neighbors

Partner's information:

                  LACP port                        Oper    Port     Port
Port      Flags   Priority  Dev ID         Age     Key     Number   State
Fa0/1     SA      32768     0005.5d71.8db8  29s    0x146   0x3      0x3D
Fa0/2     SA      32768     0005.5d71.8db8  29s    0x146   0x4      0x3D

Benutzen Sie show lacp neighbor detail, um weitere Informationen zu erhalten.

Damit diese Konfiguration auch nach einem Neustart erhalten bleibt, fügen Sie auf dem FreeBSD-System folgende Einträge in /etc/rc.conf hinzu:

ifconfig_fxp0="up"
ifconfig_fxp1="up"
cloned_interfaces="lagg0
ifconfig_lagg0="laggproto lacp laggport fxp0 laggport fxp1 10.0.0.3/24"

Beispiel 31.2. Ausfallsicherer Modus

Der ausfallsichere Modus kann verwendet werden, um zu einer zweiten Schnittstelle zu wechseln, sollte die Verbindung mit der Master-Schnittstelle ausfallen. Um den ausfallsicheren Modus zu konfigurieren, aktivieren Sie zunächst die zugrunde liegenden physikalischen Schnittstellen. Erstellen Sie dann die lagg(4)-Schnittstelle mit fxp0 als Master-Schnittstelle und fxp1 als sekundäre Schnittstelle. Der virtuellen Schnittstelle wird die IP-Adresse 10.0.0.15/24 zugewiesen:

# ifconfig fxp0 up
# ifconfig fxp1 up
# ifconfig lagg0 create
# ifconfig lagg0 up laggproto failover laggport fxp0 laggport fxp1 10.0.0.15/24

Die virtuelle Schnittstelle sollte in etwa so aussehen:

# ifconfig lagg0
lagg0: flags=8843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> metric 0 mtu 1500
        options=8<VLAN_MTU>
        ether 00:05:5d:71:8d:b8
        inet 10.0.0.15 netmask 0xffffff00 broadcast 10.0.0.255
        media: Ethernet autoselect
        status: active
        laggproto failover
        laggport: fxp1 flags=0<>
        laggport: fxp0 flags=5<MASTER,ACTIVE>

Der Verkehr wird auf fxp0 übertragen und empfangen. Wenn die Verbindung auf fxp0 abbricht, wird fxp1 die Verbindung übernehmen. Sobald die Verbindung auf der Master-Schnittstelle wiederhergestellt ist, wird diese wieder als aktive Schnittstelle genutzt.

Damit diese Konfiguration auch nach einem Neustart erhalten bleibt, fügen Sie folgende Einträge in /etc/rc.conf hinzu:

ifconfig_fxp0="up"
ifconfig_fxp1="up"
cloned_interfaces="lagg0
ifconfig_lagg0="laggproto failover laggport fxp0 laggport fxp1 10.0.0.15/24"

Beispiel 31.3. Failover Modus zwischen Ethernet- und drahtlosen Schnittstellen

Für Laptop-Benutzer ist es normalerweise wünschenswert, wireless als sekundäre Schnittstelle einzurichten, die verwendet wird, wenn die Ethernet-Verbindung nicht verfügbar ist. Mit lagg(4) ist es möglich, ein Failover mit einer IP-Adresse zu konfigurieren, welches die Ethernet-Verbindung aus Performance- und Sicherheitsgründen bevorzugt, während es gleichzeitig möglich bleibt, Daten über die drahtlose Verbindung zu übertragen.

Dies wird erreicht, indem die MAC-Adresse der Ethernet-Schnittstelle mit der MAC Adresse der drahtlosen Schnittstelle überschrieben wird.

Anmerkung:

Theoretisch kann die Ethernet- oder die drahtlose MAC-Adresse so geändert werden, dass sie mit der jeweils anderen Adresse übereinstimmt. Bei einigen drahtlosen Schnittstellen fehlt jedoch die Unterstützung für das Überschreiben der MAC-Adresse. Daher wird empfohlen, die MAC-Adresse der Ethernet-Schnittstelle für diesen Zweck zu überschreiben.

Anmerkung:

Wenn der Treiber für die drahtlose Schnittstelle nicht im GENERIC-Kernel oder in einem angepassten Kernel enthalten ist, kann unter FreeBSD 12.1 mit driver_load="YES" die entsprechende .ko-Datei in /boot/loader.conf geladen werden. Dann muss das System neu gestartet werden. Ein anderer, besserer Weg ist es, den Treiber über /etc/rc.conf zu laden, indem Sie ihn zu kld_list (siehe rc.conf(5)) hinzufügen und dann das System neu starten. Dies ist notwendig, da sonst der Treiber zum Zeitpunkt der Konfiguration der lagg(4)-Schnittstelle noch nicht geladen ist.

In diesem Beispiel ist die Ethernet-Schnittstelle re0 der Master und die drahtlose Schnittstelle wlan0 der Failover. Die Schnittstelle wlan0 wurde aus der physischen Schnittstelle ath0 erstellt, und die Ethernet-Schnittstelle wird mit der MAC-Adresse der drahtlosen Schnittstelle konfiguriert. Im ersten Schritt wird die MAC-Adresse der drahtlosen Schnittstelle ermittelt:

# ifconfig wlan0
wlan0: flags=8843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> metric 0 mtu 1500
	ether b8:ee:65:5b:32:59
	groups: wlan
	ssid Bbox-A3BD2403 channel 6 (2437 MHz 11g ht/20) bssid 00:37:b7:56:4b:60
	regdomain ETSI country FR indoor ecm authmode WPA2/802.11i privacy ON
	deftxkey UNDEF AES-CCM 2:128-bit txpower 30 bmiss 7 scanvalid 60
	protmode CTS ampdulimit 64k ampdudensity 8 shortgi -stbctx stbcrx
	-ldpc wme burst roaming MANUAL
	media: IEEE 802.11 Wireless Ethernet MCS mode 11ng
	status: associated
	nd6 options=29<PERFORMNUD,IFDISABLED,AUTO_LINKLOCAL>

Ersetzen Sie ath0 durch den Namen der drahtlosen Schnittstelle. Die ether-Zeile wird die MAC-Adresse der angegebenen Schnittstelle enthalten. Ändern Sie nun die MAC-Adresse der zugrunde liegenden Ethernet-Schnittstelle:

# ifconfig re0 ether b8:ee:65:5b:32:59

Starten Sie die drahtlose Schnittstelle, aber ohne eine IP-Adresse zu setzen. Ersetzen Sie FR durch den entsprechenden Ländercode:

# ifconfig wlan0 create wlandev iwn0 country FR ssid my_router up

Stellen Sie sicher, dass die re0-Schnittstelle aktiv ist. Erstellen Sie die lagg(4)-Schnittstelle mit re0 als Master und wlan0 als Failover:

# ifconfig re0 up
# ifconfig lagg0 create
# ifconfig lagg0 up laggproto failover laggport re0 laggport wlan0

Die virtuelle Schnittstelle sollte in etwa so aussehen:

# ifconfig lagg0
lagg0: flags=8843<UP,BROADCAST,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> metric 0 mtu 1500
        options=8<VLAN_MTU>
        ether b8:ee:65:5b:32:59
        laggproto failover lagghash l2,l3,l4
        laggport: re0 flags=5<MASTER,ACTIVE>
        laggport: wlan0 flags=0<>
        groups: lagg
        media: Ethernet autoselect
        status: active

Starten Sie dann den DHCP-Client, um eine IP-Adresse zu erhalten:

# dhclient lagg0

Damit diese Konfiguration auch nach einem Neustart erhalten bleibt, fügen Sie folgende Einträge in /etc/rc.conf hinzu:

ifconfig_re0="ether b8:ee:65:5b:32:59"
wlans_ath0="wlan0"
ifconfig_wlan0="WPA"
create_args_wlan0="country FR"
cloned_interfaces="lagg0"
ifconfig_lagg0="up laggproto failover laggport re0 laggport wlan0 DHCP"

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