数据中心网络核心及汇聚层关键技术研究

王昊欣，孟伟

（河北民族师范学院，河北承德067000）

数据中心网络核心及汇聚层关键技术研究

王昊欣，孟伟

（河北民族师范学院，河北承德067000）

本文介绍了当前数据中心网络架构的现状及传统网络技术存在的问题。对新一代架构技术在数据中心中的应用情况进行了对比分析。通过分析得出,新的技术衍生出的设备产品能够更好的适应未来数据中心的低能耗、高可靠性和高弹性发展需求,是未来数据中心网络规划的必然趋势。

网络核心；VRRP；MSTP；虚拟化技术

1　网络核心及汇聚层现状

典型的数据中心网络结构如图1所示：

图1　典型数据中心网络结构

网络核心和汇聚层都要建立备份设备和链路来保障网络的高可靠性及出现链路故障时能够快速恢复，因此网络拓扑结构会变成复杂繁冗的网状结构。传统的网络中，核心和汇聚之间通常要运行不同的路由协议，汇聚层和接入层之间通常运行VRRP、MSTP协议来保障网络的可靠性。传统的网络技术主要存在以下问题。

（1）在相应的网络技术配置参数选择方面复杂程度较高，稍有不周容易引起网络问题。比如设计时环路规避、冗余备份、故障切换流量走向等问题都要考虑周全，而这些无形中加大了网络设计的复杂度。

（2）网络设备配置需要经常性调整才能满足网络变化及扩容的需要。对于传统网络而言，在进行调整配置时需要对多台设备逐一操作。甚至由于部分变更配置而引起网络震荡，因此网络维护十分麻烦。

（3）对于传统的网络技术，当设备或链路出现故障时协议收敛时间都是秒级，不能满足数据中心毫秒级收敛时间的高可靠性网络要求。

2　新一代架构技术

交换机虚拟化技术现已成为新一代数据中心网络架构技术，目前只有少数厂商可以实现从核心到接入全网虚拟化架构。

VSS(Virtual Switching Supervisor)技术是思科公司基于以太网交换机设备的一种网络系统虚拟化技术。它的功能是将多台思科交换机虚拟成单台交换机，VSS技术使用机箱间NSF/SSO作为两台机箱间的主要高可用性机制，当一个虚拟交换机成员发生故障时，网络中无需进行协议重收敛，传输的流量不会发生任何中断。

在传统模式中，一台交换机发生故障就会导致STP/HSRP和路由协议等多个控制协议进行收敛，而VSS将多台设备虚拟化成一台设备，协议需要计算量大为减少。

通过VSS技术，可以使设备可用的端口数量、转发能力、性能规格都倍增。虚拟化的设备之间还有主备关系，除了单台设备的双控板备份，虚拟化的设备之间也有主备备份关系。采用VSS技术使得交换机更容易管理，简化网络提高了运营效率，登录虚拟化设备可以直接管理虚拟化为一体的所有设备，简化了网络管理。

VPC（虚拟端口捆绑组）在大型网络中，设计时常常需要同时支持多个设备，来提供某些形式的硬件故障备用路径。这一备用路径的连接方式常常会导致环路，从而限制对单一路径实施端口信道技术的优势。为突破此限制，Cisco NX-OS软件平台提供一种名为虚拟端口捆绑组，即VPC技术。

图2　基于VPC二层网络与传统STP网络逻辑拓扑对比

如图2所示，基于VPC二层网络与传统网络逻辑拓扑相比主要优势体现在VPC允许跨设备链路捆绑，通过冗余系统提高系统可用性，无需使用生成树协议，即能进行环路管理，始终提供完全系统带宽可用性，迅速恢复链路故障。

IRF2(Intelligent Resilient Framework2，即第二代智能弹性架构技术)技术是H3C公司提出的网络设备虚拟化技术。IRF1是其提出的第一代智能弹性架构技术，仅解决了接入层的网络结构简化和大量的接入层设备管理维护问题，而业务的简化并没有解决。IRF2的实现不仅可以实现端到端的网络结构简化，管理维护简化，同时可通过机框式设备虚拟化，实现了全网业务的简化。

如图3所示，基于IRF2技术架构的数据中心网络图。

图3　IRF2技术架构的数据中心网络图

应用了IRF2之后，首先核心设备和汇聚设备由原来的一主一备方式变为负载分担方式，从而提高了资源利用率，获得了更高的性能。其次传统架构二层需启用MSTP生成树协议，VLAN规划十分复杂，三层需启用VRRP虚拟路由器冗余协议，路由规划十分复杂，而IRF2网络节点间都是链路聚合，整个网络的逻辑结构变得很简单，消除了环路，无需再使用MSTP、VRRP技术。另外，核心层与汇聚层之间的连接也简化为只通过一个VLAN进行三层互联，从而路由规划变得简单，同时也降低了IP地址消耗。再次，应用IRF2后，主备切换时间有原来的秒级降低到毫秒级，大大降低了故障中断时间。

经过以上分析需要说明的是，Cisco只有6500，带10G引擎才支持VSS，而VPC只有EXCUS交换机才支持，在中低端的交换机中，用的是堆叠技术，而H3C的IRF2目前基本上全系列交换机都支持。就IRF2与VSS而言，IRF2要具有一定的优势，具体体现在当?Cisco实现类似于IRF的VSS技术时，每台设备只能配置一块主控板，当主控板出现故障时，其所在的机箱内的所有业务板均因没有主控板而全部掉电，造成整个机箱宕机。而H3C实现IRF时则是每台设备可配置两块主控板，当一块主控板出现故障时，可切换到另一块主控板上，机箱内所有业务板不会断流。但对于高端设备，H3C就没有像Cisco VPC这样的技术，VPC是基于数据平台的虚拟化，不受数量限制。因此高端设备Cisco还是具有优势的。

综上所述，不管是思科的VSS/VPC,还是H3C的IRF2，虽然实现的细节不同，但最终目的都是将多台设备虚拟成一台设备的技术。在新的技术下，衍生出的设备产品能够更好的适应未来数据中心的低能耗、高可靠性和高弹性发展需求,是未来数据中心网络规划的必然趋势。

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TP3

A

2095-3763（2015）02-0090-02

2014-10-22

王昊欣（1977-），男，吉林汪清人，河北民族师范学院讲师，硕士。