虚拟交换技术的组网应用

皇甫一江

(中国人民解放军海军装备部北京100841)

1 引言

长久以来，网络设计者为了使网络基础设施能够在各种故障的情况下尽可能地保持网络的运行，通常采用在网络的各个层次部署多条冗余／负载均衡链路和设备的设计方法，同时为了使这些冗余的设备和链路在出现故障时能够及时地发挥作用，设计了RSTP，HSRP和VRRP等保护性协议。

这种保护协议控制冗余链路和设备的方式虽然可行，但是却有许多的不足，这主要是由于目前绝大多数冗余保护性协议采用主／备工作方式，这种方式使网络的有效利用率只能达到50%，造成了较大的浪费。

目前网络冗余设计的另一个不足之处是网络中被管理网元数目的成倍增加，不论网络管理者采用何种方式来管理网络设备，同样的配置和策略的下发都需要重复至少2次[1]，而虚拟交换技术可以将其简化。

2 简化运维管理

虚拟交换技术是一种网络虚拟化技术，可以将多台核心系列交换机组合为一台虚拟交换机，多台物理的交换机在统一的虚拟化管理下，同时转发数据，并且控制平面相互备份。简化起见，针对2台核心交换机的虚拟化进行分析[2],如图1所示。

图1 虚拟交换技术概念示意图

2台核心交换机虚拟成一台以后，下级交换机分别上联到2台核心交换机的链路可以简单的使用以太网通道技术捆绑成一条逻辑链路，而如果没有虚拟化则需要采用相对复杂的多种技术实现2条上联链路的热备和负载均衡，虚拟交换组网如图2所示。

图2 虚拟交换组网方式

可见采用虚拟交换技术VSS可以从以下几个方面极大的简化网络运维，使整个网络的运维工作量和复杂度远远小于传统构架的网络[3,4]：

①VSS技术屏蔽了2台物理的交换机细节，无需再对2台核心交换机配置、调试、维护，仅需对一台虚拟的交换机进行即可；

②无需运行传统双核心必须的HSRP、VRRP、STP等协议；

③下级交换机或服务器通过以太网通道技术EtherChannel（802.3ad或PAgP）捆绑2条上联链路，非常简单。

3 提高网络容错和故障恢复能力

网络将承载ERP、呼叫中心等重要信息系统，因此，网络不仅要可用，而且要高可用，必须具有强大的网络容错和故障恢复能力。除了传统的设备硬件冗余、链路冗余、动态路由协议外，通过虚拟交换技术VSS还能提供更高的网络容错和故障恢复能力。

传统的网络架构中，如果接入交换机上联链路出现故障，在该链路传输的VLAN将切换到另外一条链路上传输，由于需要多个协议，如生成树协议、动态路由协议等共同作用，切换时间一般为几秒至几十秒，终端用户将会感知，甚至导致应用中断，尤其是语音和视频的应用[5]。

但是在VSS网络构架下，由于2条上联链路是通过以太网通道捆绑的，一条链路中断后，以太网通道技术可以在200 ms甚至更短的时间内将所有数据切换到另外一条链路传输，几乎不丢失数据包，而且无需任何其他协议参与，终端用户不会感知，语音和视频等应用也不会中断。

在单台核心交换机完全故障时，情况和单条链路中断类似，VSS虚拟交换技术同样可以把网络恢复时间从几秒至几十秒缩短至最短200m s。总结来说，虚拟交换技术VSS可以在以下方面大大增强网络容错和故障恢复能力：①链路和核心设备故障时无需路由协议和生成树协议等收敛即可进行网络故障恢复；②通过以太网通道技术可以将跨核心交换机的冗余链路进行捆绑，在链路层即可实现网络容错和快速故障恢复；③链路和核心设备故障时可以快速故障恢复，几乎不丢包；④VSS使得网络简化，更有利于管理员的故障排查。

4 性能的提高

网络的性能不仅取决于各个节点设备的性能，更多的时候取决于链路、多条链路的负载均衡和服务器连接等设计。其中，服务器的接入和汇聚/接入交换机的上联链路是最容易成为性能瓶颈的部分[6]。采用VSS虚拟交换技术，可以使得服务器的接入以及交换机的上联链路的性能加倍，切实的获得网络的高性能。以服务器接入为例，说明如何通过VSS虚拟交换技术获得高性能，如图3所示。

图3 提高性能的组网方式

如果没有VSS虚拟交换技术，要采用传统的服务器接入方案，即采用2台服务器交换机分别连接2台核心交换机，然后将服务器连接在服务器交换机上，如果服务器的软件系统支持HA，则可以双连接到2台服务器交换机中，否则，连接到一台服务器交换机上。这种传统的接入方式有如下缺点：

①高可靠性需要服务器的软件系统的HA特性支持；

②服务器的多个网卡难以同时使用，网络访问性能难以提高；

③需要服务器交换机，提高成本的同时也使得服务器交换机的连接链路进一步成为网络瓶颈。

而采用VSS技术以后，服务器可以直接连接核心交换机，省去服务器交换机，并且都可以通过以太网通道技术将2条或者多条千兆链路捆绑，从而在降低成本的同时实现了2倍甚至更多倍的性能。优点总结如下：

①使用绝大多数服务器都支持的以太网通道捆绑技术，无需配置支持HA特性的软件；

②无需服务器交换机，避免服务器交换机链路瓶颈，服务器直接连接核心交换机，充分发挥核心交换机的性能；

③服务器可以多个网卡进行以太网通道捆绑，进一步提高服务器的网络访问性能；

④接入交换机的上联链路和服务器的接入类似，也可以将多条上联到不同核心交换机的链路捆绑，同时使用，性能加倍。

5 结束语

独特的虚拟交换技术将真正使网络性能得到大幅度的提高，并且降低成本。虚拟交换技术通过加快故障倒换极大地提高了系统可靠性，同时也促进了交换容量的成倍提高，使得该技术在当今的组网应用中具备独特的优势，应用前景广阔。

[1]G AI J ing,F R A NCO I S C,CH A N Y T.F reque n cy Est i mat ion o f U n c oo perat i ve C o here n t P ulse Radars[C].2007 M i l i tary C o mmu ni cat ion s C on fere n ce,2007:1-7.

[2]T R ITT LER S,H A M P RECH T F A.Near Opt i mum S ampl ing des ign a n d A n Eff i c i e n t A l go r i thm f o r Sing le T on e F reque n cy Est i mat ion[J].Digi tal Sign al P r o cess ing,2009,19(4):628-639.

[3]L I Dong-ha i,CHEN S h i-we n,ZH A O Chua ng.P hase-C o ded P ulse C o mpress ion Radar Carr i er F reque n cy A ccurate Est i mat ion[J].2010 2n d I n ter n at ion al C on fere n ce on Sign al P r o cess ing S ystems,2010(3):212-214.

[4]周润景.M ult i s i m&Lab V I EW 虚拟仪器设计技术[M].北京:北京航天航空大学出版社,2008:90-91

[5]CZ A RNECK I L S.O n s o me m i s in ter p retat i on s o f the in sta n t ta n e o us react i ve p o wer p2 q the o ry[J].I EEE T ra n sact ion s on P o wer Electr oni cs,2004,19(3):828-836.

[6]柳寒冰.仿真网格中虚拟化技术的研究与应用[D].北京:北京理工大学,2010.