Definition Was ist Link Aggregation (802.1AX; früher 802.3ad)?

Link Aggregation ist ein Verfahren zur Bündelung mehrerer Netzwerkverbindungen zu einer logischen Verbindung. Mit der Bündelung lassen sich der Datendurchsatz steigern und die Ausfallwahrscheinlichkeit senken. Standardisiert ist das Verfahren im IEEE-Standard 802.1AX, der 2008 den älteren Standard 802.3ad ablöste. Neben diesen Standards existieren herstellerspezifische Implementierungen.

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Mithilfe von Link Aggregation (LA) ist es möglich, mehrere parallele Links zwischen gleicher Quelle und gleichem Ziel zu einem logischen Link zu bündeln. Verschiedene Netzwerkhersteller implementierten bereits in den 90er Jahren eigene proprietäre Verfahren zu Link-Bündelung, die untereinander nicht kompatibel waren.

Im Jahr 2000 standardisierte das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Link Aggregation im Standard 802.3ad. Unterstützten Geräte diesen Standard, war die herstellerübergreifende Link-Bündelung möglich. 2008 erschien ein überarbeiteter und leistungsfähigerer Standard unter der Bezeichnung IEEE 802.1AX, der IEEE 802.3ad ablöste.

Mit der Aggregation mehrerer paralleler Links nach 802.1AX lassen sich gegenüber einer einfachen physischen Verbindung der Datendurchsatz steigern und die Ausfallwahrscheinlichkeit senken. Grundsätzlich ist die Unterscheidung zwischen einer statischen und einer dynamischen Aggregation möglich.

Für die dynamische Aggregation sieht der Standard IEEE 802.1AX das Link Aggregation Control Protocol (LACP) vor. Es bündelt einzelne Links zu einer so genannten Link Aggregation Group (LAG). Netzwerkprotokolle höhere Ebenen behandeln eine LAG wie eine einzige Verbindung. Die Bündelung mehrerer physischer Links bleibt für die Protokolle höherer Layer verborgen.

Zur Lastverteilung auf die einzelnen physischen Links kommen sehr unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Mithilfe von LA lassen sich Switches untereinander aber auch andere Systeme und Geräte wie Server, Network Attached Storage (NAS) oder WLAN-Accesspoints mit der Netzwerkinfrastruktur verbinden. In der Regel kommt die Aggregation erst ab Linkgeschwindigkeiten von einem Gigabit pro Sekunde und höher zum Einsatz. Herstellerspezifische Implementierungen der Link-Bündelung sind unter Bezeichnungen wie Bonding, Channel Bundling, Port Aggregation, Port Trunking oder Etherchannel bekannt.

Statische und dynamische Verfahren der Link Aggregation

Die LA kann sowohl statisch als auch dynamisch erfolgen. Bei einer statischen LA sind die logischen Verbindungen über einmalig getätigte Konfigurationen an den Endstellen der physischen Links realisiert. Diese statischen Bündel reagieren nur eingeschränkt oder gar nicht auf Ereignisse im Netz. Für die dynamische LA wird nach Standard 802.1AX das Link Aggregation Control Protocol (LACP) genutzt. LACP bündelt physische Vollduplex-Links zu einer logischen Link Aggregation Group (LAG).

Die LACP-Informationen werden in speziellen Ethernet-Frames, den LACPDUs (Link Aggregation Control Protocol Data Units) transportiert. Einzelne Ports sind entweder LACP-aktiv oder LACP-passiv. Passive LACP-Ports senden erst LACPDUs, wenn sie von einer aktiven Gegenstelle angesprochen werden. Die aktiven LACP-Ports senden LACPDUs unabhängig davon, ob die Gegenstelle aktiv oder passiv ist. Gegenüber einer statischen LA bietet die dynamische LA mit LACP einige Vorteile. So kann die Netzwerktechnik auf Ausfälle einzelner Links reagieren, selbst wenn ein einzelner Link-Status am Switchport aufgrund eines zwischengeschalteten Medienkonverters auf "Up" bleibt. Da der Port keine LACPDUs mehr über den Link empfängt, wird der Link trotzdem als "Down" erklärt und aus der LAG entfernt. Zudem erleichtert LACP die Konfiguration eines logischen Link-Bündels, da die beteiligten Netzwerkgeräte die Parameter und Konfiguration des Bündels selbst austauschen und bestätigen.

Verkehrsaufteilung auf einer logischen LA-Verbindung

Mit LA nach IEEE 802.1AX lässt sich der Netzwerkverkehr auf verschiedene Arten auf die einzelnen Links der LAG verteilen. Da im Standard keine genauen Vorgaben gemacht werden, wie die Verkehrsaufteilung stattfindet, haben die verschiedenen Hersteller teils unterschiedliche Mechanismen und Algorithmen implementiert. Einzige Vorgaben seitens des Standards sind, dass Frames nicht dupliziert werden dürfen und es zu keiner Vertauschung der Reihenfolge der Frames kommen darf. So kann der ausgehende Datenverkehr beispielsweise nach folgenden Kriterien und Vorgaben auf die Links verteilt werden:

• abwechselnd nach dem Roundrobin-Verfahren

• anhand der Ziel-MAC-Adresse

• anhand der Absender-MAC-Adresse

• anhand der Kombination von Ziel-MAC-Adresse und Absender-MAC-Adresse

• anhand der Auslastung auf einem bestimmten Link

• anhand von VLAN-Tags

• anhand von Merkmalen höherer Netzwerkprotokolle wie IP-Adressen

Wie hoch der tatsächlich erzielbare Durchsatz für alle oder einzelne Geräte auf einer logischen Verbindung ist, hängt stark von der verwendeten Lastverteilungsmethode ab. Werden Datenframes beispielsweise aufgrund gleicher Ziel-MAC-Adressen und Absender-MAC-Adressen immer auf den gleichen physischen Port gesendet, bleibt die Datenübertragungsrate auf die Geschwindigkeit dieses physischen Links begrenzt. Einzelne Geräte profitieren in dieser Konstellation nicht von der wesentlich höheren Gesamtdatenübertragungsrate der logischen Verbindung.

Voraussetzungen für die Aggregation mehrerer Links

Um mehrere Links zu einer LAG zu bündeln, müssen folgende Voraussetzungen erfüllt sein:

• die Datenübertragungsraten der einzelnen Verbindungen einer LAG müssen gleich sein

• die einzelnen Links müssen vollduplex arbeiten

• bei den einzelnen Verbindungen der LAG muss es sich um parallele Punkt-zu-Punkt Verbindungen handeln

• die einzelnen Links müssen auf den gleichen Geräten enden (gleicher Switch oder gleicher Server)

Vorteile durch den Einsatz der Link Aggregation

LA bietet zahlreiche Vorteile. Diese sind unter anderem:

• höhere Gesamtdatendurchsatzraten

• höhere Verfügbarkeit der logischen Verbindung

• Ausfälle einzelner Links können automatisch abgefangen werden und beeinflussen die Gesamtkonnektivität der logischen Verbindung nicht

• Netze und Netzwerkanschlüsse lassen sich einfacher und flexibler skalieren

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