华为CSS堆叠技术介绍与实现

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什么是CSS？

CSS交换机系统CSS（Cluster Switch System），又称为CSS，是指将两台支持CSS特性的交换机设备组合在一起，从逻辑上虚拟成一台交换设备。CSS是目前广泛应用的一种横向虚拟化技术，具有简化配置和管理、扩展带宽和链路跨框冗余备份等作用。

为什么需要CSS？

传统的园区网络采用设备和链路冗余来保证高可靠性，但其链路利用率低、网络维护成本高，CSS技术将两台交换机虚拟成一台交换机，达到简化网络部署和降低网络维护工作量的目的。CSS具有诸多优势：

简化配置和管理 如下图所示，网络中的两台设备组成CSS，虚拟成单一的逻辑设备。简化后的组网不再需要使用MSTP、VRRP等协议，简化了网络配置。CSS后用户只需登录一台成员交换机即可对CSS系统所有成员交换机进行统一配置和管理。
简化组网示意图
扩展带宽和链路跨框冗余备份 如下图所示，当网络规模扩大，交换机上行带宽需求增加时，可以增加新交换机，同时与原交换机组成CSS系统，将成员交换机的多条物理链路配置成一个聚合组，提高交换机的上行带宽。另外，CSS系统下行交换机通过跨设备链路聚合连接至CSS系统，形成设备间备份和链路的跨设备冗余备份，增加可靠性。
扩展带宽和链路跨框冗余备份示意图
长距离CSS长距离CSS可以将相距较远的设备连接形成CSS。如下图所示，每个楼层的用户通过楼道交换机接入汇聚交换机，再通过汇聚交换机接入外部网络。现将两栋楼的汇聚交换机连接起来组成CSS，这样相当于两栋楼只有一个汇聚设备，网络结构变得更加简单，从而降低了管理和维护设备的成本。同时每栋楼的用户有两条链路到达外部网络，大大增强了可靠性。
长距离CSS示意图

CSS和CSS2

交换机集群技术的发展有两个阶段：

传统的集群交换机系统（传统的CSS）：专指主控板集群卡集群或业务口集群两种方式。
第二代集群交换机系统（CSS2，Cluster Switch System Generation2）：专指交换网板上通过集群卡方式建立的交换网硬件集群，并且在原有集群技术的基础上，增加了集群主控1+N备份等技术，S12700支持的即是CSS2。

华为有哪些设备支持CSS？

仅华为S系列园区框式交换机支持CSS。具体哪些设备可以支持CSS，S系列园区框式交换机请参考华为交换机。

S系列园区盒式交换机和CloudEngine数据中心交换机支持的相似特性叫堆叠，要想了解更多信息请参考堆叠；NE5000E支持的相似特性叫多框集群，要想了解更多信息请参考多框集群。

如何建立CSS？

在介绍CSS是如何建立之前，先介绍下CSS建立过程中用到的相关概念。

主交换机、备交换机

CSS中的单台交换机称为CSS成员交换机，按照功能不同，可以分为两种角色：

主交换机主交换机，即Master，负责管理整个CSS。CSS中只有一台主交换机。
备交换机备交换机，即Standby，是主交换机的备份交换机。当主交换机故障时，备交换机会接替原主交换机的所有业务。CSS中只有一台备交换机。

主交换机和备交换机都参与数据转发。

CSS Link

CSS链路，专门用于组建CSS，实现主交换机和备交换机之间数据通信。可以是一条链路，也可以是捆绑在一起的多条链路。

CSSID

CSSID，即CSS ID，用来标识成员交换机，CSS中成员交换机的CSSID是唯一的。

取值为1或2，缺省情况下，交换机的CSSID为1。相同ID的两台交换机不能建立CSS，所以在建立CSS前，需要手工配置CSS中一台交换机的CSSID为2。

CSS优先级

CSS优先级，即CSS Priority，是成员交换机的一个属性，主要用于角色选举过程中确定成员交换机的角色，优先级值越大表示优先级越高，优先级越高当选为主交换机的可能性越大。缺省情况下，交换机的CSS优先级为1。

CSS的建立过程

两台交换机使用CSS线缆连接好，分别使能CSS功能并完成配置后重启，CSS系统会自动建立。CSS建立时，成员交换机间相互发送CSS竞争报文，通过竞争，一台成为主交换机，负责管理整个CSS系统，另一台则成为备交换机。

CSS建立的过程包括分为两个阶段：

主交换机的选举。主交换机选举规则如下：

1. 最先完成启动，并进入单框CSS运行状态的交换机成为主交换机。
2. 当两台交换机同时启动时，CSS优先级高的交换机成为主交换机。同时启动指的是两台交换机启动完成时间相差在20秒内。
3. 当两台交换机同时启动，且CSS优先级又相同时，MAC地址小的交换机成为主交换机。
4. 当两台交换机同时启动，且CSS优先级和MAC地址都相同时，CSSID小的交换机成为主交换机。

CSS系统建立后，在控制平面上，主交换机的主用主控板成为CSS系统主用主控板，作为整个系统的管理主角色。备交换机的主用主控板成为CSS系统备用主控板，作为系统的管理备角色。主交换机和备交换机的备用主控板作为CSS系统候选备用主控板。如下图所示，假设CSS建立后，SwitchA竞争为主交换机。

CSS角色选举后效果图

2、同步软件版本、配置文件，备份配置文件。CSS具有自动同步系统软件的功能，待组成CSS的成员交换机不需要具有相同的软件版本，只需要版本间兼容即可。当主交换机选举结束后，如果备交换机与主交换机的软件版本不一致，备交换机会自动从主交换机下载系统软件，然后使用新的系统软件重启，并重新加入CSS。CSS具有严格的配置文件同步机制，来保证CSS中的多台交换机能够像一台设备一样在网络中工作。

CSS中的备交换机在启动时，会将主交换机的配置文件同步到本地。
CSS正常运行后，用户所进行的任何配置，都会记录到主交换机的当前配置文件中，并同步到备交换机。

通过实时同步，CSS中的所有交换机均保存相同的配置，即使主交换机出现故障，备交换机仍能够按照相同的配置执行各项功能。在CSS分裂场景下，即使主交换机上的配置未及时保存，CSS分裂后，这些配置不会丢失，CSS系统会变成两台拥有相同配置的单框CSS系统（如果有交换机重启，则该台交换机上未保存的配置会丢失）交换机从非CSS状态进入CSS状态后，会自动将原有的非CSS状态下的配置文件加上**.bak**的扩展名进行备份，以便去使能CSS功能后，恢复原有配置。例如，原配置文件扩展名为.cfg，则备份配置文件扩展名为.cfg.bak。去使能交换机CSS功能时，用户如果希望恢复交换机的原有配置，可以更改备份配置文件名并指定其为下一次启动的配置文件，然后重新启动交换机，恢复原有配置。