數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)論文范文

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1數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

隨著以虛擬化技術(shù)和云計(jì)算的發(fā)展和成熟,數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用數(shù)據(jù)急劇增長,數(shù)據(jù)中心與外部網(wǎng)絡(luò)之間將承載大規(guī)模的數(shù)據(jù)交流，并且數(shù)據(jù)中心流量是高動態(tài)和突發(fā)的,據(jù)AlbertGreenberg等對數(shù)據(jù)中心的流量分析[3]，約80%的流量都是內(nèi)部流量[4],這就要求數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)必須具有高性能、高穩(wěn)定性、高擴(kuò)展性以及資源的高利用率。另一方面，虛擬機(jī)動態(tài)遷移技術(shù)在數(shù)據(jù)中心也得到了廣泛的應(yīng)用，它可以使得邏輯服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)異常的情況下，自動將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)動態(tài)遷移到另外一臺邏輯服務(wù)器上，并保證前后的IP和MAC地址不變，這就要求邏輯服務(wù)器遷移前后的網(wǎng)絡(luò)處于同一個(gè)二層域中。由于客戶要求虛擬機(jī)遷移的范圍越來越大，大型的數(shù)據(jù)中心甚至?xí)诓煌瑱C(jī)房、不同地域之間動態(tài)遷移，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的三層結(jié)構(gòu)及其使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)不能滿足其要求。新的數(shù)據(jù)中心要求減少網(wǎng)絡(luò)層次、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化管理，數(shù)據(jù)中心的大二層網(wǎng)絡(luò)及支撐其運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨之誕生了。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要使用xSTP（如生成樹協(xié)議STP、多生成樹協(xié)議MSTP、快速生成樹協(xié)議RSTP等）。用戶構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，為了保證其可靠性，通常會采用冗余鏈路和冗余設(shè)備，這樣避讓就會形成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。而同一個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)處于同一個(gè)廣播域下，廣播報(bào)文在環(huán)路中會反復(fù)持續(xù)傳送，形成廣播風(fēng)暴，瞬間即可導(dǎo)致端口阻塞和設(shè)備癱瘓。為了防止廣播風(fēng)暴，就必須防止網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的形成，但又要保證其可靠性，就只能將冗余設(shè)備和冗余鏈路變成備份設(shè)備和備份鏈路。即冗余的設(shè)備端口和鏈路在正常情況下被阻塞，不參與數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)，只有在當(dāng)前轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備、端口、鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，冗余的設(shè)備端口和鏈路才會被激活，使網(wǎng)絡(luò)能夠恢復(fù)正常。自動控制這些功能的就是xSTP。由于基于xSTP的網(wǎng)絡(luò)具有收斂時(shí)間長、部署復(fù)雜、資源使用率低等缺點(diǎn)，不適合用于構(gòu)建大型的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)。為了解決xSTP技術(shù)帶來的問題，一些新的、適用于大型數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)的二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正逐步被標(biāo)準(zhǔn)化并付諸實(shí)施。所謂“大二層”是指所有VLAN都可以延展到所有匯聚層、接入層交換機(jī)的VLAN結(jié)構(gòu)，這與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心VLAN往往終結(jié)在接入層交換機(jī)的做法不同[5]。目前，常用于數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有交換機(jī)虛擬化技術(shù)、TRILL（TransparentInterconnectionoflotsoflinks，多鏈路透明互聯(lián)）技術(shù)、SPB（ShortestPathBridging，最短路徑橋接）技術(shù)及其中幾種技術(shù)的融合。

1.1交換機(jī)虛擬化技術(shù)二層網(wǎng)絡(luò)的核心是環(huán)路問題，而環(huán)路問題是隨著冗余設(shè)備和鏈路產(chǎn)生的，那么如果將相互冗余的兩臺或多臺設(shè)備、兩條或多條鏈路合并成一臺設(shè)備和一條鏈路，從邏輯上形成單設(shè)備、單鏈路的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)環(huán)路也就隨之消失。尤其是交換機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬交換機(jī)從低端盒式設(shè)備到高端框式設(shè)備都已經(jīng)廣泛應(yīng)用，已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)某墒於群头€(wěn)定度。交換機(jī)虛擬技術(shù)已經(jīng)成為目前應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)解決方案的主要技術(shù)之一。交換機(jī)虛擬化技術(shù)又分為交換機(jī)橫向虛擬化技術(shù)和交換機(jī)縱向虛擬化技術(shù)。1）交換機(jī)橫向虛擬化技術(shù)。交換機(jī)橫向虛擬化技術(shù)是將同一層次的多臺設(shè)備虛擬成1臺邏輯設(shè)備，作為1個(gè)網(wǎng)元設(shè)備進(jìn)行管理配置，保證突發(fā)流量不丟包，物理/虛擬服務(wù)器在1個(gè)大二層域下，即插即用，避免部署復(fù)雜的STP，支持大容量MAC地址，消除二層網(wǎng)絡(luò)環(huán)路，提高二層鏈路利用率；實(shí)現(xiàn)跨交換機(jī)的負(fù)載均衡，交換平臺易于擴(kuò)展。交換機(jī)橫向虛擬技術(shù)的代表是VSS（Cisco）、IRF（H3C）、CSS（華為）、VSU（銳捷），其特點(diǎn)是應(yīng)用成本低，部署簡單。但這些技術(shù)都是各自廠商獨(dú)立實(shí)現(xiàn)和完成的，只能在同一廠商的相同系列產(chǎn)品之間才能實(shí)現(xiàn)虛擬化。同時(shí)，由于高端框式交換機(jī)的性能和端口密度越來越高，對虛擬交換機(jī)的技術(shù)要求也越來越高，目前交換機(jī)的虛擬化密度最高為4:1，即將4臺物理設(shè)備虛擬為1臺邏輯設(shè)備。2）交換機(jī)縱向虛擬化技術(shù)。縱向虛擬化是將下游交換機(jī)虛擬成上游交換機(jī)的端口,以達(dá)到擴(kuò)展交換機(jī)端口能力并且對交換機(jī)進(jìn)行集中控制管理。縱向虛擬化結(jié)合傳輸技術(shù)的運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)最大化的簡化配置，其距離僅受限于所選的萬兆以太網(wǎng)光纖長度。目前，較為成熟的縱向虛擬化技術(shù)是Cisco的FEX(FabricExten－der，交換矩陣擴(kuò)展器)和H3C的VCF（VerticalCon－vergedFramework,縱向融合框架）[6]。

1.2隧道技術(shù)

隧道技術(shù)實(shí)際上是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)平面上的虛擬化技術(shù)，就是在二層以太網(wǎng)報(bào)文外面再封裝一層標(biāo)識用于尋址轉(zhuǎn)發(fā)。這樣基于外層標(biāo)識就可以做到多路徑負(fù)載均衡和避免環(huán)路等。當(dāng)前隧道技術(shù)的代表是TRILL[7]和SPB[8]，都是通過借用IS-IS[9]（IntermediateSystemtoIntermediateSystemRoutingProtocol，中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)路由選擇協(xié)議）的計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)模式來實(shí)現(xiàn)二層網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模擴(kuò)展。這些技術(shù)的特點(diǎn)是可以構(gòu)建比虛擬交換機(jī)技術(shù)更大的超大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)。

1.2.1TRILL技術(shù)分析TRILL是IETF為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心大二層擴(kuò)展制定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。其核心思想是將成熟的三層路由的控制算法引入到二層交換中，對原先的二層報(bào)文重新進(jìn)行隧道封裝后轉(zhuǎn)換到新的地址空間上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。封裝后的地址具有與IP類似的路由屬性，具備大規(guī)模組網(wǎng)、最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)、等價(jià)多路徑、快速收斂、易擴(kuò)展等諸多優(yōu)勢，從而規(guī)避xSTP等技術(shù)的缺陷，實(shí)現(xiàn)健壯的大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)。1)TRILL協(xié)議的幾個(gè)重要概念RBridges[7、10]：路由橋（RoutingBridge，簡稱RB）。運(yùn)行TRILL協(xié)議的設(shè)備均稱為RB。根據(jù)RB在TRILL網(wǎng)絡(luò)中的位置，又可將其分為IngressRB[10](報(bào)文進(jìn)入TRILL網(wǎng)絡(luò)的入節(jié)點(diǎn))、TransitRB[10](報(bào)文在TRILL網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過的中間節(jié)點(diǎn))和EgressRB[10](報(bào)文離開TRILL網(wǎng)絡(luò)的出節(jié)點(diǎn))。Nickname：RB在TRILL網(wǎng)絡(luò)中的地址，也是其在TRILL網(wǎng)絡(luò)中的唯一標(biāo)識。Nickname由系統(tǒng)自動分配，不需配置。VLANX轉(zhuǎn)發(fā)器：對源報(bào)文封裝TRILL頭后送入TRILL網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)或者將TRILL網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文解封裝還原報(bào)文后發(fā)送給目的用戶。2)TRILL的封裝格式TRILL封裝是MAC-in-MAC方式，TRILL數(shù)據(jù)報(bào)文在原始以太網(wǎng)報(bào)文之前添加了TRILL頭和外層以太網(wǎng)頭。因此，在TRILL公共區(qū)域數(shù)據(jù)報(bào)文可以經(jīng)過傳統(tǒng)Bridge和Hub依靠外部Ethernet報(bào)頭轉(zhuǎn)發(fā)[11]。TRILL幀封裝格式及報(bào)頭格式如圖1所示。3）TRILL工作原理TRILL協(xié)議在各RB之間通過周期性通告Hello報(bào)文以建立并維持鄰居關(guān)系，在形成鄰居關(guān)系的RB之間擴(kuò)散鏈路狀態(tài)包(Link-StatePacket,LSP)，最終在全網(wǎng)RB上形成相同的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（LSDB）。各RB在LSDB的基礎(chǔ)上使用最短路徑優(yōu)先（ShortestPathFirst，SPF）算法生成從自己到其他RB的路由轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，用以指導(dǎo)數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)。4）TRILL轉(zhuǎn)發(fā)流程TRILL協(xié)議通過在各個(gè)RB之間相互發(fā)送Hello報(bào)文建立鄰居，通過LSP擴(kuò)散方式同步LSDB，此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中每臺RB擁有相同的LSDB，即整網(wǎng)拓?fù)洹Ｈ缓蟾鱎B以LSDB為基礎(chǔ)，利用SPF算法計(jì)算本地到全網(wǎng)所有RB之間的最短路徑以及出接口、下一跳等信息，結(jié)合LSDB中各RB的nickname信息，最終生成nickname轉(zhuǎn)發(fā)表。TRILL網(wǎng)絡(luò)接收到用戶報(bào)文時(shí)，根據(jù)報(bào)文中包含的目的MAC地址，按照不同的轉(zhuǎn)發(fā)流程進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)：如果MAC地址為單播地址，按照單播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)流程進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；如果MAC地址為組播或廣播地址，按照組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)流程進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。單播報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)過程如圖2所示。（1）當(dāng)單播數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)入TRILL網(wǎng)絡(luò)時(shí)，IngressRB為原始以太網(wǎng)報(bào)文先打上TRILL頭，再打上外層以太網(wǎng)頭(類似于IP報(bào)文前的MAC頭)，由此完成TRILL報(bào)文的封裝。（2）此后，類似于IP報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或網(wǎng)絡(luò)間的轉(zhuǎn)發(fā)過程，各RB根據(jù)TRILL頭中的EgressRBNickname將TRILL報(bào)文進(jìn)行逐跳轉(zhuǎn)發(fā)，直至送達(dá)EgressRB。在此過程中，外層以太網(wǎng)頭在每一跳都要被修改，而TRILL頭中只有HopCount值逐跳遞減。（3）當(dāng)TRILL報(bào)文到達(dá)EgressRB后被解封裝還原成原始以太網(wǎng)報(bào)文,離開TRILL網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)組播流量進(jìn)入TRILL網(wǎng)絡(luò)時(shí)，IngressRB負(fù)責(zé)選取一棵組播分發(fā)樹進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)TRILL網(wǎng)絡(luò)中的RB設(shè)備存在不止一個(gè)下一跳時(shí)，則將組播報(bào)文復(fù)制多份，根據(jù)組播轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)到所有出接口。組播轉(zhuǎn)發(fā)流程如圖3所示。IngressRB（RB1）收到終端A發(fā)送的二層報(bào)文后，發(fā)現(xiàn)報(bào)文中攜帶的目的MAC地址是組播MAC地址，首先根據(jù)此報(bào)文所屬VLAN選定一棵組播分發(fā)樹（RB3）進(jìn)行TRILL封裝，將TRILL頭部M位置1，即說明該報(bào)文為組播報(bào)文，然后根據(jù)RootRB的nickname查詢TRILL組播轉(zhuǎn)發(fā)表，獲取出端口列表進(jìn)行分發(fā)；TransitRB4接收到TRILL數(shù)據(jù)報(bào)文后，解析TRILL頭部，發(fā)現(xiàn)M=1即判斷該報(bào)文為組播報(bào)文，再根據(jù)Egressnickname查詢對應(yīng)的組播轉(zhuǎn)發(fā)表，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；RootRB接收到TRILL數(shù)據(jù)報(bào)文后，向所有出接口分發(fā)該報(bào)文；EgressRB對TRILL報(bào)文進(jìn)行解封裝，獲取原始二層數(shù)據(jù)報(bào)文，然后在本地對應(yīng)接口轉(zhuǎn)發(fā)出去。由于TRILL網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)等價(jià)多路徑（EqualCostMultipath，ECMP）和最短路徑（shortestpaths），因此，采用TRILL組網(wǎng)方式可以極大提高數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

1.2.2SPB技術(shù)分析SPB是IEEE組織針對數(shù)據(jù)中心大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模型定義的一組協(xié)議（IEEE802.1aq）,是多生成樹協(xié)議（MSTP）的進(jìn)一步延伸，旨在構(gòu)建大型扁平的無阻塞二層網(wǎng)絡(luò)。與TRILL一樣，也使用IS-IS協(xié)議來共享交換機(jī)間的多個(gè)學(xué)習(xí)的拓?fù)洌⒀杆賹W(xué)習(xí)以太網(wǎng)連接中各端點(diǎn)之間的最短路徑，避免了使用STP帶來的收斂速度慢和部分鏈路利用效率低下的不足。相對于TRILL，SPB最大的優(yōu)勢在于能夠方便地支持VLAN擴(kuò)展功能。1）SPB協(xié)議族的結(jié)構(gòu)SPB協(xié)議包括SPBV(VLANQinQ模式，Q指IEEE802.1Q）和SPBM(MacinMac模式），無論是SPBV還是SPBM，在控制平面都是基于L2IS-IS實(shí)現(xiàn)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、管理。在協(xié)議的具體實(shí)現(xiàn)思路方面兩者是一致的[12]。目前主要應(yīng)用的模式是SPBM。SPBM基于PBB（ProviderBackboneBridge，運(yùn)營商骨干網(wǎng)橋）協(xié)議。PBB定義了二層網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程，但是PBB本身沒有定義控制流程，其二層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂啤⒍迎h(huán)路管理必須依賴于傳統(tǒng)的STP等技術(shù)。因此，PBB需要定義一套控制流程，使其能夠有效地替代STP協(xié)議管理大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜铜h(huán)路，SPBM就成為PBB的控制流程協(xié)議。SPBM+PBB構(gòu)成了完整的二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其中SPBM是控制平面協(xié)議，而PBB是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面協(xié)議。2）SPBM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型SPBM網(wǎng)絡(luò)模型與IEEE802.1ah定義的MAC-in-MAC網(wǎng)絡(luò)模型基本一致。由SPB核心網(wǎng)絡(luò)SPBN（ShortestPathBridg－ingNetwork，最短路徑橋接網(wǎng)）和用戶網(wǎng)絡(luò)（Cus－tomerNetwork）兩部分組成。SPBN由BEB（Back－boneEdgeBridge，骨干網(wǎng)邊緣網(wǎng)橋）和BCB（Back－boneCoreBridge，骨干網(wǎng)核心網(wǎng)橋）設(shè)備組成，通過IS-IS協(xié)議完成最短路徑的計(jì)算，以保證SPBN無環(huán)路。用戶網(wǎng)絡(luò)是通過一臺或者多臺邊緣設(shè)備連接到SPBN網(wǎng)絡(luò)且具有獨(dú)立業(yè)務(wù)功能的二層網(wǎng)絡(luò)，主要由主機(jī)和交換設(shè)備組成。3）SPBM報(bào)文格式SPBM報(bào)文分為兩種：控制報(bào)文和數(shù)據(jù)報(bào)文。控制報(bào)文采用802.1Q格式封裝，包括Hello、LSPDU（LinkStatePDU，鏈路狀態(tài)協(xié)議數(shù)據(jù)單元）、SNP，直接封裝在數(shù)據(jù)鏈路層的幀結(jié)構(gòu)中。數(shù)據(jù)報(bào)文采用IEEE802.1ah（MAC-in-MAC）定義的封裝格式。其格式如圖4所示。4）SPBM工作原理SPBM由SPBIS-IS協(xié)議和MAC-in-MAC協(xié)議共同完成。其中MAC-in-MAC協(xié)議為數(shù)據(jù)協(xié)議，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的封裝及發(fā)送；SPBIS-IS協(xié)議為控制協(xié)議，負(fù)責(zé)計(jì)算數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)路徑。SPBIS-IS協(xié)議在各BEB、BCB設(shè)備之間通過周期性通告Hello報(bào)文以建立并維持鄰居關(guān)系，在形成鄰居關(guān)系的設(shè)備之間擴(kuò)散LSPDU，最終在SPBN中的所有設(shè)備上形成相同的LSDB。各SPBM設(shè)備在LSDB的基礎(chǔ)上使用SPF算法生成從自己到其他設(shè)備的最短路徑，其基本思路如下：首先計(jì)算任意兩節(jié)點(diǎn)間的最短路徑，并判斷是否存在等價(jià)路徑；如存在，則計(jì)算各條等價(jià)路徑的Key值；然后比較所有等價(jià)路徑的Key值，取最小的Key值對應(yīng)的路徑作為轉(zhuǎn)發(fā)路徑。Key值計(jì)算公式為：Key=min{BridgeIDXORMASK[i-1]}其中BridgeID是交換機(jī)ID，由用戶直接配置的一個(gè)唯一的編號或名字。MASK[i]是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中定義的數(shù)組，其大小為16。由協(xié)議為該數(shù)組指定具體數(shù)據(jù)，對應(yīng)16個(gè)不同的實(shí)例。當(dāng)前協(xié)議中定義的數(shù)組是。5）SPBM轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制SPBIS-IS協(xié)議僅負(fù)責(zé)計(jì)算SPBN的最短路徑，生成對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。數(shù)據(jù)報(bào)文在SPBN中轉(zhuǎn)發(fā)過程如下：（1）入隧道：BEB設(shè)備從用戶網(wǎng)絡(luò)收到數(shù)據(jù)報(bào)文后，學(xué)習(xí)該報(bào)文的源MAC，并為其封裝上MAC-in-MAC頭后將該報(bào)文發(fā)送進(jìn)入SPBN中。（2）隧道中轉(zhuǎn)發(fā)：MAC-in-MAC報(bào)文在SPBN中傳輸時(shí)，BCB設(shè)備根據(jù)報(bào)文中B-DA，B-VLAN查找轉(zhuǎn)發(fā)表，如果無對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表則丟棄該報(bào)文；有對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表則按照轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。報(bào)文在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，中間設(shè)備不會對其源MAC進(jìn)行學(xué)習(xí)。（3）出隧道：MAC-in-MAC報(bào)文到達(dá)隧道終點(diǎn)時(shí)，BEB會解封裝MAC-in-MAC報(bào)文還原成數(shù)據(jù)報(bào)文。BEB學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)報(bào)文中的源MAC后，把數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送到用戶網(wǎng)絡(luò)。為防止產(chǎn)生環(huán)路，數(shù)據(jù)報(bào)文在SPBN中禁止廣播發(fā)送，只支持單播、組播發(fā)送。數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)入隧道時(shí)BEB設(shè)備根據(jù)報(bào)文中的目的MAC來確定后續(xù)報(bào)文在SPBN中以何各方式進(jìn)行傳輸：若目的MAC為廣播MAC、未知單播MAC或未知組播MAC，則封裝后的報(bào)文在SPBN中進(jìn)行SPBM組播發(fā)送；若目的MAC為已知單播MAC，則封裝后的報(bào)文在SPBN中進(jìn)行SPBM單播發(fā)送。SPBM組播支持兩種模式：頭端復(fù)制和核心復(fù)制，用戶可根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)選擇不同的組播模式。SPBM單播轉(zhuǎn)發(fā)過程如圖5所示。首先用戶數(shù)據(jù)由用戶網(wǎng)絡(luò)1進(jìn)入BEB1后，BEB1對報(bào)文進(jìn)行封裝，寫入B-MAC、B-VLAN、I-SID等信息；然后，按照計(jì)算出的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，路徑上的交換機(jī)按照報(bào)文中的B-MAC和B-VLAN等信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)報(bào)文到達(dá)BEB2后，由BEB2進(jìn)行解封裝，去掉報(bào)文中的B-MAC、B-VLAN、I-SID等信息，進(jìn)入用戶網(wǎng)絡(luò)2。SPBM組播轉(zhuǎn)發(fā)流程SPBM的組播與傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)組播管理基本類似，都是基于單播管理。在單播管理形成的轉(zhuǎn)發(fā)路徑上計(jì)算組播路徑。SPBM在不同的實(shí)例中，定義不同層次的組播樹，相互獨(dú)立；每個(gè)實(shí)例中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有以自己為根的獨(dú)立組播樹。

1.2.3TRILL與SPB技術(shù)對比（見表1）SPB是純軟件的解決方案，不需要更新轉(zhuǎn)發(fā)芯片去支持，與現(xiàn)有的MSTP兼容，但也造成了目前SPB應(yīng)用中的最大困擾。由于轉(zhuǎn)發(fā)路徑靠軟件算法保障，在多路徑負(fù)載分擔(dān)時(shí)，對CPU計(jì)算能力的要求也就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過TRILL。

1.3存儲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-FCoE

在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心里，存儲網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)是各自獨(dú)立的。在大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心都部署了專門的存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(FCSAN)，這種基于FC協(xié)議的SAN雖然在性能、可靠性等方面能夠充分滿足用戶的需求，但作為目前SAN的光纖通道協(xié)議FC,它的底層發(fā)展受到很大的限制,FCoE（FibreChanneloverEth－ernet，以太網(wǎng)光纖通道）可將光纖通道（FibreChan－nel，F(xiàn)C）信息封裝到以太網(wǎng)信息內(nèi)，光纖通道請求和數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)絡(luò)傳輸，是專門為低延遲性、高性能、二層數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，是一種利用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)高效塊存儲的技術(shù)。FCoE技術(shù)融合了現(xiàn)有的傳統(tǒng)局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）和存儲區(qū)域網(wǎng)（StorageAreaNetwork，SAN），擴(kuò)展了SAN的傳輸帶寬，減少了數(shù)據(jù)中心的I/O接口，可以在高速以太網(wǎng)鏈路上同時(shí)傳輸IP和FCoE數(shù)據(jù)分組。

1.3.1FCoE協(xié)議棧FCoE保留了FC協(xié)議棧中FC-2以上的協(xié)議棧，把FC中的FC-0和FC-1用以太網(wǎng)的鏈路層取代。FC協(xié)議中，F(xiàn)C-0定義承載介質(zhì)類型，F(xiàn)C-1定義幀編解碼方式，這兩層是在FCSAN網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)需要定義的方式。由于FCoE運(yùn)行在以太網(wǎng)中，所以不需要這兩層處理，而是用以太網(wǎng)的鏈路層取代這兩層處理。

1.3.2FCoE報(bào)文封裝如圖6所示，F(xiàn)CoE報(bào)文是在以太幀內(nèi)增加4字節(jié)的802.1Q報(bào)頭、2字節(jié)的以太網(wǎng)類型（FCoE對應(yīng)0X8906）。在普通以太網(wǎng)絡(luò)中，幀最大為1518字節(jié)，但FC幀最大約大為2112字節(jié)，為了保證FCoE端到端傳輸?shù)牧鲿承裕褂?巨型幀"來進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，它允許以太網(wǎng)幀在長度上最大可以達(dá)到9000字節(jié)，最大的巨型幀可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)以太網(wǎng)幀下封裝4個(gè)光纖通道幀。但要保證巨型幀在以太網(wǎng)絡(luò)中能正常傳遞，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有以太網(wǎng)交換機(jī)和終端設(shè)備必須支持一個(gè)公共的巨型幀格式。隨著FCoE技術(shù)應(yīng)用的普及，除接入層交換機(jī)、服務(wù)器外，匯聚核心層交換機(jī)、存儲設(shè)備也逐漸支持FCoE接口，磁盤陣列可直接連接到數(shù)據(jù)中心交換機(jī)上，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心內(nèi)端到端的FCoE網(wǎng)絡(luò)。

2大二層技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

通過對交換機(jī)虛擬化（VSS/IRF/CSS/VSU）、TRILL和SPB等大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分析，各種技術(shù)都有其優(yōu)勢和適用的范圍。一個(gè)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)也不可能只使用一種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，通常是兩種或多種技術(shù)的融合。下面就通過IRF+TRILL技術(shù)給出一個(gè)具有較為適用的中型數(shù)據(jù)中心的基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。如圖7所示。核心層：2臺核心設(shè)備通過兩條40G鏈路連接，運(yùn)用IRF虛擬化技術(shù)對核心設(shè)備橫向整合，將2臺核心物理設(shè)備虛擬成1臺邏輯設(shè)備，整合后的虛擬化設(shè)備具備跨設(shè)備鏈路聚合功能，所有鏈路都參與以太幀轉(zhuǎn)發(fā)，這樣2臺核心既能負(fù)載均衡，又能實(shí)現(xiàn)“雙活”。TRILL網(wǎng)絡(luò)：又分為TRILL網(wǎng)絡(luò)核心層和TRILL網(wǎng)絡(luò)接入層。核心層RB只負(fù)責(zé)TRILL幀的高速轉(zhuǎn)發(fā)，不提供主機(jī)接入。每個(gè)接入層RB通過2個(gè)萬兆端口分別接入到2臺核心層RB上，此時(shí)服務(wù)器接入交換機(jī)的上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶寬就可達(dá)20G。存儲網(wǎng)絡(luò)：通過FCoE技術(shù)直接將存儲設(shè)備接入核心網(wǎng)絡(luò)的2臺核心交換機(jī)。使用FCoE技術(shù)，可以突破傳統(tǒng)FC網(wǎng)絡(luò)的距離限制，將存儲網(wǎng)絡(luò)延展到任何地點(diǎn)，為以后的容災(zāi)備份中心的建立打下基礎(chǔ)。同時(shí)融合后的數(shù)據(jù)中心只存在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，存儲網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護(hù)，大幅減少了管理人員的工作量。通過IRF+TRILL技術(shù)以及FCoE技術(shù)部署的數(shù)據(jù)中心，具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：1）高可用性：虛擬化技術(shù)通過核心交換機(jī)N：1的橫向整合，既實(shí)現(xiàn)了核心設(shè)備的負(fù)載均衡，又使2臺核心保持“雙活”，保證了核心網(wǎng)絡(luò)的高可用性。2）高擴(kuò)展性：服務(wù)器通過該種方式接入TRILL網(wǎng)絡(luò)可跨越交換機(jī)，不存在二層環(huán)路，使得網(wǎng)絡(luò)接入層具有良好的擴(kuò)展能力。3）高效性：由于TRILL網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)可以實(shí)現(xiàn)ECMP和最短路徑，因此,采用TRILL技術(shù)可以極大提高數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率，提高數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)吞吐量。4）更高的靈活性和可靠性：統(tǒng)一的架構(gòu)是實(shí)現(xiàn)下一代虛擬化數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的關(guān)鍵因素，在這種架構(gòu)中，服務(wù)器、存儲和其他資源都可以動態(tài)分配，以適應(yīng)變化中的工作負(fù)荷和新的應(yīng)用程序，而且無需進(jìn)行頻繁的物理設(shè)備變動。對于數(shù)據(jù)中心虛擬化和自動化來說，這中架構(gòu)是非常好的。

3總結(jié)

隨著數(shù)據(jù)中心應(yīng)用及規(guī)模的不斷擴(kuò)張，各種數(shù)據(jù)行為也在不斷發(fā)生改變，這也要求數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)架構(gòu)必須適應(yīng)其發(fā)展，不僅需要高密度、大容量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還需要合適的技術(shù)來支撐。目前，虛擬化、TRILL、SPB、FCoE等技術(shù)會將數(shù)據(jù)中心帶向大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，數(shù)十萬臺設(shè)備都可能會在一個(gè)大二層網(wǎng)絡(luò)中。不管采用哪種新二層技術(shù)，未來的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必然會更為簡化、更為高效、更易于管理。

作者：胡法紅闞惠強(qiáng)單位：蘭州交通大學(xué)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育中心甘肅省高等學(xué)校招生辦公室信息科