大二层网络实现技术的探讨

雷鸣,何旸,刘毅娟,刘晓丽（华北理工大学冀唐学院,河北唐山063000）

大二层网络实现技术的探讨

雷鸣,何旸,刘毅娟,刘晓丽
（华北理工大学冀唐学院,河北唐山063000）

摘要：大二层网络可以分为虚拟交换机技术和隧道技术。隧道技术可以使用现有设备，有效节省资金，并且对网络的物理结构改变不大，可以降低网络建设人员的工作量。

关键词：大二层网络;实现技术;单播数据帧

随着云计算的兴起，大数据传输等应用得到了快速发展，虚拟服务器等技术也日渐成熟。但是实现这些应用需要高速、稳定的网络环境来支持。大二层网络结合了二层网络结构简单和三层网络模块化思想的优点，可以为上述应用提供很好的支持。

1大二层网络的概念及特点

大二层网络是符合扁平化架构、支持大规模虚拟化的二层网络结构。

大二层网络特点：支持扩充数据中心内部网络。使用二层网络构架和VLan的延伸，完成虚拟机在数据中心的网络内的大范围动态迁移。它具有以下特点：（1）高效转发；（2）有效避免环路；（3）网络震荡快速收敛；（4）部署方便；（5）支持多租户；（6）平滑迁移。

2主流大二层网络技术

流行的大二层网络技术有虚拟交换机技术和隧道技术。下面将做分别说明。

2.1虚拟交换机技术

虚拟交换机的构架思路很简单，是包含于工程体系中的。通过将相互冗余的设备或链路进行合并操作来，使其变成一个单一的设备或者链路，解决由于使用冗余设备和冗余链路来构建网络，二层网络形成的环路的问题[1]。到目前，交换机技术已经发展到了一个相当成熟的阶段，无论是低端的盒式交换机还是高端的框式交换机的使用都十分广泛，并且技术成熟，设备稳定性好。所以，现在使用的大二层网络，最常见的就是基于虚拟交换机技术来实现的。

H3C公司研发的IRF技术、Cisco公司研发的VSS技术都是虚拟交换机技术的代表。按其网络厂商的宣传来说，只需升级交换机软件即可支持虚拟交换机，应用成本低、部署简便[2]。但是目前这些不同的技术都只遵循各个网络厂商的私有协议，只有同一厂商，并且是同一系列的产品才能实现虚拟化。实际上，很少有用户能够做到所有网络设备都属于同一厂商、同一系列。所以，对于经费并不充足的高校来说，部署虚拟交换机的成本还是比较昂贵。

2.2隧道技术

隧道技术的构架思路为“借网打渔”，是包含于技术体系中的。使用冗余设备和冗余链路来构建网络，二层网络形成的环路的问题是不可避免的。如果是三层网络结构，那么这种环路是不回产生的。因此，可以使用三层网络结构来构建二层网络，使其可以做到虚拟机大范围动态平滑迁移。

将另外的帧头添加到二层（OSI）的报文之前，并使用路由计算方式来转发所有数据，不单单可以防止广播风暴，还可以做等价链路（ECMP）。这样扩充二层网络将不在受到核心交换机的数量、冗余链路的约束。

TRILL技术和SPB技术是隧道技术的代表。二者都是借用了IS-IS路由协议的计算模式和转发模式来大规模扩展二层网络。此种方案可以和现有的传统三层网络有机结合起来，所用资金较少。鉴于此，本课题采用了TRILL技术进行组网。

2.3TRILL技术原理和组网特点

多链接透明互联（TransparentInterconnectionofLotsofLinks， TRILL）的标准是由互联网工程任务组（InternetEngineeringTaskForce，IETF）制定的。通过对IS-IS路由协议进行扩充来完成二层路由的功能。相关过程如图1所示。

图1TRILL路由过程图

（1）路由网桥（RoutingBridge，简称RBridge）用来运行TRILL协议的网桥（Bridge），是一种网桥设备，它具有路由转发功能。使用路由网桥构建的网络叫做TRILL区域（trillcampus）。

（2）路由网桥使用IS-IS协议中的链路状态协议来识别TRILL区域的拓扑结构。用最短路径树算法计算路由转发表（trill路由表）。TRILL区域内的路由网桥使用终端地址交互协议（EndStationAddressDistributionInformation，ESADI）相互学习，分析物理地址，最后生成物理地址表。

（3）当路由网桥接收到一般的以太数据帧时，就会对比物理地址表，如果这个物理地址源来自某个边缘路由网桥，也就是TRILL域外时，就会自动把其转化成TRILL数据帧在TRILL域内发送。

（4）当路由路由网桥收到TRILL数据帧时，先判断这个数据帧的目的地是不是它自己，如果是，就解析数据帧的TRILL报头得到最初的数据帧再进行转发。如果目的地不是自己，就忽略这个TRILL数据帧。

上面所述为TRILL的单播数据帧的转发原理，即使用三层（OSI）路由的链路状态发现协议来实现二层（OSI）转发技术的TRILL，把一般网桥，加工成具备路由功能的网桥（RoutingBridge）。

（5）为了避免广播风暴造成的网络瘫痪，TRILL协议引入了一个新的成员TTL。TTL的初始值一般都是系统默认的值，代表着这个数据包在被扔掉以前所经过的路由器的数量，一般为小于255的十进制数。每当数据包经过一个路由器，TTL就会做减一操作，当TTL与零相等时，则这个数据包就会被扔掉。当产生广播风暴时，也会因TTL逐渐降低直至为零被丢掉而结束广播风暴。

使用TRILL技术能够很好地为云计算、大数据传输、虚拟服务器等应用提供高速、稳定的网络支持。

参考文献：

[1]张为民,唐剑锋,罗治国.云计算：深刻改变未来[M].科学出版社,2009:54.

[2]王庆波,何乐.虚拟化与云计算[M].电子工业出版社,2009:27-35.