大二层网络技术

1、1传统STP技术应用分析STP是IEEE 802. ID中定义的一个应用于以太网交换机的标准，这个标准为交换 机定义了一组规则用于探知链路层拓扑，并对交换机的链路层转发行为进行控 制。如果STP发现网络中存在环路，它会在环路上选择一个恰当的位置阻塞链路 上的端口一一阻止端口转发或接收以太网帧，通过这种方式消除二层网络中可能 产生的广播风暴。然而在实际部署中，为确保网络的高可用性，无论是数据中心 网络还是园区网络，通常都会采用具有环路的物理拓扑，并釆用STP阻塞部分端 口的转发。对于被阻塞端口，只有在处于转发状态的端口及链路发生故障时，才 可能被STP加入到二层数据帧的转发树中。图1 STP引起

2、的带宽利用率不足的问题STP的这种机制导致了二层链路利用率不足，尤其是在网络设备具有全连接拓扑 关系时，这种缺陷尤为突出。如图1所示，当釆用全网STP二层设计时，STP将 阻塞大多数链路，使接入到汇聚间带宽降至1/4，汇聚至核心间带宽降至l/8o 这种缺陷造成越接近树根的交换机，端口拥塞越严重，造成的带宽资源浪费就越 严重。可见，STP可以很好地支持传统的小规模围的二层网络，但在一些规模部署虚拟 化应用的数据中心（或数据中心之间）,会出现大圉的二层网络，STP在这样的 网络中应用存在严重的不足。主要表现为以下问题（如图2所示）。图2 STP的低效路径问题示意图1. 低效路径 流量绕行N-1跳

3、路由网络只需N/2跳甚至更短2. 带宽利用率低 阻断环路，中断链路 大量带宽闲置 流量容易拥塞3. 可靠性低 秒级故障切换 对设备的消耗较大4. 维护难度大 链路引起拓扑变化复杂 容易引发广播风暴 配置、管理难度随着规模增加剧增由于STP存在以上种种不足，其难以胜任大规模二层网络的管理控制。2IRF技术应用分析H3C IRF （Intelligent Res订ient Framework）是 N：1 网络虚拟化技术。IRF 可 将多台网络设备（成员设备）虚拟化为一台网络设备（虚拟设备），并将这些设 备作为单一设备管理和使用。IRF虚拟化技术不仅使多台物理设备简化成一台逻辑设备，同时网络各层之间

4、的 多条链路连接也将变成两台逻辑设备之间的直连，因此可以将多条物理链路进行 跨设备的链路聚合，从而变成了一条逻辑链路，增加带宽的同时也避免了山多条 物理链路引起的环路问题。如图3所示，将接入、汇聚与核心交换机两两虚拟化, 层与层之间采用跨设备链路捆绑方式互联，整网物理拓扑没有变化，但逻辑拓扑 上变成了树状结构，以太帧延拓扑树转发，不存在二层环路，且带宽利用率最高。立&drmctt 的建软鈍图3基于IRF构建二层网络简单来说，利用IRF构建二层网络的好处包括：简化组网拓扑结构，简化管理减少了设备数量，减少管理丄作量多台设备合并后可以有效的提高性能多台设备之间可以实现无缝切换，有效提高网络HA性能

5、U前，IRF技术实现框式交换机堆叠的需量最大为四台，也就是说使用IRF构建 二层网络时，汇聚交换机最多可达4台。举例来说，汇聚层部署16业务槽的框 式交换机（4块上行，12块下行），配置业界最先进的48端口线速万兆单板。 考虑保证上下行1:4的收敛比，汇聚交换机下行的万兆端口数量48*12二576。接 入交换机部署4万兆上行，48千兆下行的盒式交换机。4台IRF后的汇聚交换机 可以在二层无阻塞的前提下接入13824台双网卡的千兆服务器，可满足国绝大部 分客户的二层组网需求。少部分客户期望其服务器资源池可以有效扩充到2万台其至更大。这样，就需要 其他技术提供更大的网络容量。3 TRILL技术应用

6、分析Ingr-OM RBndgEgrosj R6Wqo图4数据中心Tr订1大二层组网架构示意图采用TRILL技术构建的数据中心大二层网络如图4所示，网络分为核心层（相当 于传统数据中心汇聚层）、接入层。接入层是TRILL网络与传统以太网的边界； 核心层RBridge不提供主机接入，只负责TRILL帧的高速转发。每个接入层 RBridge通过多个高速端口分别接入到多台核心层RBridge上。准确的说，TRILL 最大可以支持16台核心层RBridgeo这样也就对接入层交换机提出了更高的要 求：支持16端口万兆上行，160千兆下行。口前的主流千兆交换机都是4万兆 上行、48千兆下行。最高密度可以支

7、持到10万兆上行，96千兆下行。如果与前 面IRF组网采用相同的汇聚（TRILL核心）设备和收敛比，TRILL U前最大可以 支持10核心组网，其最大能力可以无阻塞的接入27648台双网卡千兆服务器。 可以直观的看到，随着汇聚交换机数量的增加，二层网络服务器的接入规模直线 上升。这是目前TRILL相对于IRF最明显的优势。虽然TRILL成功扩展了虚拟机资源池的规模，但是U前大规模的二层网络缺乏运 维经验，这意味着运维成本会大幅度提升，同时给业务系统带来巨大的风险。同 时，TRILL技术忖前在芯片实现上存在客观缺陷：核心层不能支持三层终结，也 就是说TRILL的核心层不能做网关设备。必须要在核心

8、层上再增加一层设备来做 网关（如图5所示）。这导致网络结构变得复杂，管理难度增加，网络建设、运 维成本都会增加。图5数据中心Trill组网网关设il架构示意图4 SPB技术应用分析SPB的组网方案和TRILL基本相同（图4所示）。同样最大可以扩展16台汇聚 交换机增加二层网络接入规模；同样对接入交换机的接入密度提出更高的要求： 同样存在网关与SPB核心必须分离的芯片缺陷（图5所示），导致网络层次增加, 管理、运维成本增加。相对于TRILL, SPB最大的优势在于能够方便的支持VLAN扩展功能，正是这一点 吸引了很多需要支持多租户业务的运营商以及有规模运营需求的企业的关注。5 EVI技术应用分析

9、山于大规模的二层网络缺乏成功的运维经验，所以最合理的虚拟化网络应该是 L3+L2网络模型。如前文所述，山于EVI特性可以通过汇聚层和核心层之间的IP 网络实现二层互通，所以通过EVI扩展多个二层域的时候不需要更改布线或是设 备，仅仅需要在汇聚设备上启用EVI特性即可。这样可以平滑的扩展二层网络的 规模。LI前L3路Il|+L2 IRF+EVI是最适合云计算虚拟化数据中心网络的模型。其主要 的优点包括：技术成熟，架构稳定丰富的运维经验，便于维护平滑的扩容能力，能够支持大规模二层网络6技术应用对比二层网络挑战STPIRFTRILLSPBL3+L2IRF+EVI环路管理非常复杂天然无环路由方式路由方

10、式天然无环最短路径转发不支持树形结构，天然支持支持支持树形结构，天 然支持带宽利用率/ 负载均衡不支持二层hash,均衡且性能高路由hash,均衡且性能高实例预巻路 径，不够均衡二层hash,均衡且性能高快速收敛HA收敛较慢50ms收敛不支持OAM, 路由汁算收敛 较慢支持0AM,收敛较快50ms收敛安全隔离/Vian扩展不支持支持QinQ或是PBB不支持支持PBB支持QinQ或是PBB运维管理及其复杂成熟、简单缺乏运维经验缺乏运维经验成熟、简单互通性/标准 化标准汇聚层IRF私有协议，与接入层通过LACP标准互 通标准，但要求 整网统一标准标准，但要求整网统一标准IRF和EVI都是私有协议网

11、关设计网关合一设计网关合一设计网关独立，网络多一层结构网关独立，网 络多一层结构网关合一设计接入规模（台 双网卡服务 器）1001382427648276482211847结束语虚拟化数拯中心通常釆用服务器二层接入方案，以实现灵活扩展资源池能力匚随着企业对讣 算资源灵活调度能力要求的不断提升，必然将面临大规模二层网络问题。本文列出五种不同 实现技术，各有特点。技术没有最好的，只有最适合的。希望通过本文的阐述与分析，给读 者一些帮助与启发，以便未来实现数据中心大规模二层网络时选择最适合的技术方案。其他大二层组网技术简介FabricpathFabricpath是由Cisco提出，和TRILL非常相似的一种技术。Fabricpath和TRILL对比 来看，主要在于封装更加精简，支持多拓扑能力，在控制管理层而上精耕细作，成熟度要好 一些。Qfabric是Juniper提出的技术，将交换机的控制软件拉到外部的服务器上运行，整个网络采用集 中控制集中管理的方式。缺点是：扩展性不好，部署案例少，成熟度待检验。VXLAN/NVGRE业界最近出现了一种通过在vSwitch上支持L2oIP的技术，有VXIAN( V吐ual extensible LAN)和NVGRE (Network Virtual GRE),前者是由VMware和思科提出的标准，使 用了 L2OUDP的封装