數據中心網絡架構三層分析
傳統的數據中心網絡技術, STP是二層網絡中非常重要的一種協議。用戶構建網絡時,為了保證可靠性,通常會采用冗余設備和冗余鏈路,這樣就不可避免的形成環路。而二層網絡處于同一個廣播域下,廣播報文在環路中會反復持續傳送,形成廣播風暴,瞬間即可導致端口阻塞和設備癱瘓。因此,為了防止廣播風暴,就必須防止形成環路。這樣,既要防止形成環路,又要保證可靠性,就只能將冗余設備和冗余鏈路變成備份設備和備份鏈路。即冗余的設備端口和鏈路在正常情況下被阻塞掉,不參與數據報文的轉發。只有當前轉發的設備、端口、鏈路出現故障,導致網絡不通的時候,冗余的設備端口和鏈路才會被打開,使得網絡能夠恢復正常。實現這些自動控制功能的就是STP(Spanning Tree Protocol,生成樹協議)。
由于STP的收斂性能等原因,一般情況下STP的網絡規模不會超過100臺交換機。同時由于STP需要阻塞掉冗余設備和鏈路,也降低了網絡資源的帶寬利用率。因此在實際網絡規劃時,從轉發性能、利用率、可靠性等方面考慮,會盡可能控制STP網絡范圍。
大二層也是為了流通的要求
隨著數據大集中的發展和虛擬化技術的應用,數據中心的規模與日俱增,不僅對二層網絡的區域范圍要求也越來越大,在需求和管理水平上也提出了新的挑戰。
數據中心區域規模和業務處理需求的增加,對于集群處理的應用越來越多,集群內的服務器需要在一個二層VLAN下。同時,虛擬化技術的應用,在帶來業務部署的便利性和靈活性基礎上,虛擬機的遷移問題也成為必須要考慮的問題。為了保證虛擬機承載業務的連續性,虛擬機遷移前后的IP地址不變,因此虛擬機的遷移范圍需要在同一個二層VLAN下。反過來即,二層網絡規模有多大,虛擬機才能遷移有多遠。
傳統的基于STP備份設備和鏈路方案已經不能滿足數據中心規模、帶寬的需求,并且STP協議幾秒至幾分鐘的故障收斂時間,也不能滿足數據中心的可靠性要求。因此,需要能夠有新的技術,在滿足二層網絡規模的同時,也能夠充分利用冗余設備和鏈路,提升鏈路利用率,而且數據中心的故障收斂時間能夠降低到亞秒甚至毫秒級。
大二層需要有多大
既然二層網絡規模需要擴大,那么大到什么程度合適?這取決于應用場景和技術選擇。
1. 數據中心內
大二層首先需要解決的是數據中心內部的網絡擴展問題,通過大規模二層網絡和VLAN延伸,實現虛擬機在數據中心內部的大范圍遷移。由于數據中心內的大二層網絡都要覆蓋多個接入交換機和核心交換機,主要有以下兩類技術。
虛擬交換機技術
虛擬交換機技術的出發點很簡單,屬于工程派。既然二層網絡的核心是環路問題,而環路問題是隨著冗余設備和鏈路產生的,那么如果將相互冗余的兩臺或多臺設備、兩條或多條鏈路合并成一臺設備和一條鏈路,就可以回到之前的單設備、單鏈路情況,環路自然也就不存在了。尤其是交換機技術的發展,虛擬交換機從低端盒式設備到高端框式設備都已經廣泛應用,具備了相當的成熟度和穩定度。因此,虛擬交換機技術成為目前應用最廣的大二層解決方案。
虛擬交換機技術的代表是H3C公司的IRF、Cisco公司的VSS,其特點是只需要交換機軟件升級即可支持,應用成本低,部署簡單。目前這些技術都是各廠商獨立實現和完成的,只能同一廠商的相同系列產品之間才能實施虛擬化。同時,由于高端框式交換機的性能、密度越來越高,對虛擬交換機的技術要求也越來越高,目前框式交換機的虛擬化密度最高為4:1.虛擬交換機的密度限制了二層網絡的規模大約在1萬~2萬臺服務器左右。
隧道技術
隧道技術屬于技術派,出發點是借船出海。二層網絡不能有環路,冗余鏈路必須要阻塞掉,但三層網絡顯然不存在這個問題,而且還可以做ECMP(等價鏈路),能否借用過來呢?通過在二層報文前插入額外的幀頭,并且采用路由計算的方式控制整網數據的轉發,不僅可以在冗余鏈路下防止廣播風暴,而且
責任編輯:何健
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