交换机在层次化组网应用中多采用核心、汇聚、接入三层网络结构，往往一个核心设备出现故障会引起网络中断，为了减少网络的中断时间而做出冗余，这种情况下出现了交换机虚拟化。交换机虚拟化技术，既可以在逻辑上集成多台物理连接的交换机，实现拓宽虚拟交换机带宽、提升转发效率的目的，也可以在逻辑上将一台物理交换机虚拟为多台虚拟交换机，实现业务隔离、提升可靠性的目的。

交换机目前有三大主流虚拟化技术：VRRP、堆叠、M-LAG。

一、VRRP：虚拟路由冗余协议

虚拟路由冗余协议（VRRP）：

通过几台设备联合组成一台虚拟的路由设备，将虚拟路由设备的IP地址作为用户的默认网关实现与外部网络通信。

正常情况下，主设备负责转发数据流，当主设备出现故障时，会选择备组里优先级较高的设备作为主设备继续负责转发数据，实现网关冗余备份，同时达到链路冗余功能。

VRRP的工作过程如下：

1、VRRP备份组中的设备根据优先级选举出Master。Master设备通过发送免费ARP报文，将虚拟MAC地址通知给与它连接的设备或者主机，从而承担报文转发任务。

2、Master设备周期性向备份组内所有Backup设备发送VRRP通告报文，以公布其配置信息（优先级等）和工作状况。

3、如果Master设备出现故障，VRRP备份组中的Backup设备将根据优先级重新选举新的Master。

4、VRRP备份组状态切换时，Master设备由一台设备切换为另外一台设备，新的Master设备会立即发送携带虚拟路由器的虚拟MAC地址和虚拟IP地址信息的免费ARP报文，刷新与它连接的主机或设备中的MAC表项，从而把用户流量引到新的Master设备上来，整个过程对用户完全透明。

5、原Master设备故障恢复时，若该设备为IP地址拥有者（优先级为255），将直接切换至Master状态。若该设备优先级小于255，将首先切换至Backup状态，且其优先级恢复为故障前配置的优先级。

6、Backup设备的优先级高于Master设备时，由Backup设备的工作方式（抢占方式和非抢占方式）决定是否重新选举Master。
抢占模式：在抢占模式下，如果Backup设备的优先级比当前Master设备的优先级高，则主动将自己切换成Master。
非抢占模式：在非抢占模式下，只要Master设备没有出现故障，Backup设备即使随后被配置了更高的优先级也不会成为Master设备。

二、堆叠技术

堆叠（iStack）是将多台交换机通过堆叠线缆连接在一起，使多台设备在逻辑上变成一台交换设备，作为一个整体参与数据转发。

堆叠的作用：

1、扩展端口数量

当接入的用户数增加到原交换机端口密度不能满足接入需求时，可以通过增加新的交换机并组成堆叠而得到满足。

2、扩展带宽

当交换机上行带宽增加时，可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统，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。

3、提高可靠性

当堆叠系统中一台设备的上行链路故障，通过该设备的流量可经过堆叠链路进行转发。

三、M-LAG

M-LAG（Multichassis Link Aggregation Group）即跨设备链路聚合组，是一种实现跨设备链路聚合的机制。如下图所示，将两台交换机通过peer-link链路连接并以同一个状态和主机进行链路聚合协商，从而把链路可靠性从单板级提高到了设备级。

M-LAG的作用：

1、负载分担

M-LAG双活系统在接入设备双归接入场景下，接入设备通过Eth-Trunk的方式接入到M-LAG设备组，M-LAG的成员设备接收到接入设备通过链路捆绑负载分担发送的流量后，共同进行流量转发。

2、提高可靠性

M-LAG接入普通以太网场景，由于M-LAG主设备的上行链路故障，通过M-LAG主设备的流量均经过peer-link链路进行转发。

VRRP技术、堆叠以及M-LAG虚拟化技术对比及适用场景：