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大二层网络技术剖析及发展前景预测

作者:格日勒图 来源:电子技术与软件工程 论文栏目:计算机论文     更新时间:2019-06-12   浏览

本学术论文《大二层网络技术剖析及发展前景预测》,转载自学术期刊《电子技术与软件工程》2014年17期 发表过的职称 论文,原文作者:格日勒图,由中国学术论文网编辑整理录入,仅供您在大二层网络,技术,对比,前景等方面参考学习。

格日勒图

摘 要

在数据中心及云计算的组网方案中,大二层网络已经成为了热点话题。大二层网络通过运用新的网络协议进行组网,有效规避了传统二层网络的缺点,能够很好的满足数据中心及云计算的组网需求。本文对大二层网络技术中的各类进行了分析,并对其发展前景进行了讨论。

【关键词】大二层网络 技术 对比 前景

1 大二层的概念

随着以虚拟化为主的云数据中心的趋于成熟,应用数据的总量迅速上升,传统的数据中心VLAN往往集中于二层网络交换机,难以满足数据中心虚拟服务器的迁移以及数据交换产生的流量对虚拟机提出的更高的要求,而大二层网络也营运而生,大二层网络即是改变原有的数据中心二层网络结构,使得所有VLAN不仅局限在二层网络中,而是可以延展到所有的汇聚层、接入层交换机的VLAN结构。大二层网络产生的具体原因主要包括以下几个方面:

1.1 服务器虚拟化的要求

虚拟服务器要求所有主流服务器虚拟化技术均能够实现不同程度的虚机在线迁移,而虚拟机在迁移前后需要保持MAC/IP地址不变,这就要求迁移的源于目的需要在同一个VLAN中,因此,需要改变传统的网络结构。

1.2 网络业务整合的需求

新一代数据中心网络承载着更大的数据吞吐量,各种应用都需要纯二层网络来提供其业务发展所需的低延迟、高吞吐以及MAC层直接交换的网络环境。

1.3 智能业务发展的需求

为了向范围更广的计入曾提供智能服务资源池,要求对智能化服务进行集中部署,因为智能服务设施处于汇聚层,因此,需要具有智能服务要求的所有VLAN均能够延展到汇聚层。

2 大二层的技术对比分析

传统的二层网络结构对由于数据中心VLAN集中于二层网络交换机,大数据传输涉及的高流量对虚拟机提出了更高的要求,传统二层网络这种网络结构无法满足这种要求,而大二层网络面对这种要求,首先需要解决的便是数据中心内部网络的扩展问题。目前用于大二层网络扩展的技术主要包括虚拟交换机技术以及隧道技术两种。下面分别进行了分析。

2.1 虚拟交换机技术

虚拟交换机技术的出发点非常简单,属于工程派。二层网络的核心是环路问题,而环路问题时由于冗余设备和链路产生的,因此,可以将多台冗余设备以及多条链路合并,这样就能回归到单设备、单链路的状态,环路结构自然消失。而随着交换机技术的发展,虚拟交换机技术已经发展的相当成熟,是目前大二层网络架设过程中应用最广泛的技术。目前的虚拟机交换技术的代表是VSS技术和IRF技术。

2.1.1 虚拟化技术

虚拟化技术(VSS)是CISCO公司所推出的一种大二层网络解决方案。VSS技术其实很简单,它就是通过将多台物理设备虚拟成一台可管理的设备,从外形上看是多台设备,但是从逻辑结构来看,则属于一台独立的设备。

VSS能够有效简化网络拓扑结构,使网络结构更加简单,缩短了网络恢复的时间以及业务中断的时间,极大提高了网络资源的利用效率,同时,还能够解决由于网络功能过多以及过于复杂所产生的问题。

针对传统网络的环路结构,我们可以采用MSTP生成树协议以及VRRP联动,但是这种方式往往会使得系统的结构显得更加复杂,而采用VSS技术则能很好解决这种问题,在采用VSS技术时,不需要改变传统网络的物理结构,而只是通过虚拟技术,将多台物理设备虚拟呈一台设备,这样在不增加工作复杂度以及成本的情况下,即可实现网络的扩展。

2.1.2 IRF

IRF是H3C公司所研究的一种新的二层网络架构,也被成为智能弹性架构。

在IRF系统中,每台设备均成为成员设备,而这些设备根据功能的差异可以分为Master和Slave两类。其中Master设备主要负责对整个IRF系统进行管理,而Slave主要用于Master进行备份,当Master发生故障后,系统会从Slave中自动选择一个新的Master对IRF系统进行管理。在IRF系统中同时只能存在一个Master角色,其它设备均属于Slave角色,而Master和Slave均是由所有角色选举产生的。Master物理交换机负责实现所有协议的学习以及表项的同步工作,然后将同步的信息配置到Slave物理交换机,最后Slave将这些信息进行报文交换。

IRF的重点是基于拓扑关系对Master的选择结果进行收集,并将该结果在IRF系统内容进行报文转发。为了,从所有设备中选出Master,IRF系统需要先对各个设备之间的拓扑关系进行分析和收集。IRF的拓扑结构包括链形和唤醒两种。IRF中的所有设备都通过与自己直接相邻的其它成员设备之间交互Hello报文来进行整个系统拓扑关系的收集。在最开始,成员设备只对自身的拓扑信息进行记录,而当IRF的端口由初始状态转换为UP状态后,成员设备会将一直的拓扑信息由UP状态的端口周期性地向外进行报送。成员设备在接受到直接相邻的设备的拓扑信息之后,对本地的拓扑信息进行更新,循环该动作,知道收集到整个系统的完整拓扑信息之后,则可以从成员设备中选出Master。

通过对多台物理交换机进行组合,IRF可以实现简化管理,而且扩展极为方便。通过IRF技术的应用,在二层网络中,服务器会将两台交换机视为一台虚拟化的逻辑交换机,用户通过连接其中的任意一套交换机,即可同时实现对另一台交换机的管理。

2.2 隧道技术

隧道技术属于技术派,它通过与三层网络做等价链路,将二层网络的规模扩展到整个网络,该技术能够构建比虚拟交换机技术更加庞大的二层网络规模,但是由于刚刚开始应用,技术还不够成熟,目前正常处于标准化的过程汇总。目前,隧道技术的代表包括TRILL技术以及SPB技术。

2.2.1 Trill

链接透明互联协议(Trill)是由IETF标准组织所指定的一项标准技术,通过对IS-IS路由协议进行扩展来实现二层路由,以TRILL构建的大二层网络主要具有以下特点:

(1)转发效率高。在采用TRILL的大二层网络中,所有设备均以自身节点作为源节点,基于最短路径算法计算出到达其他所有节点的最短路径,当存在多条最短路径时,则声称单播路由表项时候能够形成负载分担。对于数据中心胖树组网等具有多路径转发要求时,可以对网络带宽进行最大限度的利用。相对于STP技术对传统二层网络的破坏,TRILL实现了多链路的同时转发。由于TRILL网络进行数据报文转发的过程中采用最短路径,因此,采用TRILL进行组网可以极大提高数据报文的转发效率,提高数据中心网络单位时间的数据吞吐量。

(2)有效避免网络环路。TRILL协议能够自动选择分发树树根,每个节点以分发树树根作为源节点,计算出到达其他节点的最短路径,从而自动构建同时实现整个网络共享的组播分发树,该共享树能够将整个网络的所有节点连接起来,并承载二层网络数据报文的转发工作,不会形成有效环路。

当网络拓扑结构发生变化以后,不同节点之间会产生不同程度的路由收敛,此时,通过利用RPF检查可以丢弃从错误端口收到的数据报文,从而避免环路的形成。同时,因为TRILL数据包头部拥有Hop-Count字段,能够使临时环路对网络的影响进一步降低,从而进一步降低环路风暴发生的几率。

(3)收敛速度快。传统的二层网络由于ETH头部没有TTL字段,STP协议的收敛机制设计相对较为保守,在网络拓扑结构发生变化时,通常收敛速度较慢,甚至有时收敛过程需要花费数十秒时间才能完成,这难以满足数据中心业务对网络提出的高可靠性要求。而采用TRILL协议生成转发表项,加上TRILL头部的Hop-Count字段,能够允许临时环路的短暂出现,这能够是得网络出现节点以及链路发生故障时实现较快的收敛速度。

(4)方便部署。TRILL网络具有极高的自动化部署能力,首先TRILL协议配置相对较为简单,其中但部分配置参数能够自动生成,且大部分情况下可以采用缺省参数进行配置;其次,用户只需要维护一套协议,即可以同时实现对单薄、组播的控制;最后,TRILL网络延续了传统而成网络即插即用、方便易用的特点。

(5)平滑演进。采用MSTP传统二层ETH技术的网络,能够实现与TRILL大二层网络的无缝接入,MSTP网络下挂接的服务器能够与TRILL网络下所挂接的服务器进行二层通信,VM可以在整个大二层网络内实现任意迁移。

从整体上来看,TRILL技术所具有的多种特点,能够很好的适应云计算在未来一段时间中的发展需求。

2.2.2 SPB

最短路径桥接(SPB)与TRILL类似,都属于隧道技术,其组网方案也基本相同。SPB协议是在STP协议的基础上产生的,SPB最大能够扩展到16台汇聚交换机增加二层网络的接入规模,也对接入交换机的接入密度提出了更高的要求,同时,受到芯片的影响,网管与SPB核心必须进行分离,这也使得网络的架构层次以及成本大幅度增加,组网的难度也有一定程度的上升。与TRILL协议不同的是,SPB能够方便的支持VLAN扩展功能,该功能也是该技术在实际中得到广泛应用的主要原因。

3 大二层网络的发展前景

从当前大二层网络的发展现状来看,大而网络的需求目前已经非常清晰,各大厂商也提出了针对性极强的技术方案,对大二层网络进行不断优化和改进来满足数据中心及云计算的组网需求。目前的大二层组网技术主要分为虚拟机交换技术和隧道技术两种,其中虚拟机交换技术目前的代表是H3C公司的IRF技术,而隧道技术的代表技术有SPB、TRILL技术等。从各类技术当前的实际应用情况来看,成熟度还有所欠缺,应用性方面也还有待验证,其他的相关技术仍然在不断的完善。相信随着大数据的发展,为了满足数据中心及云计算的发展所不断提高的组网要求,大规模二层网络的相关技术仍然会不断朝着高效化、标准化的方向发展,从而实现各厂商设备的兼容性,降低用户的部署及维护成本,实现大规模二层网络的高效、稳定运行。

参考文献

[1]龙吟.云计算中大二层网络技术研究[J].通信与信息技术,2012(9):34-36.

[2]雷鸣.大二层网络在教学平台的应用分析[J].电子制作,2013(20):18.

[3]郑子祺.基于云计算的虚拟网络承载技术研究[J].山西青年,2013(12):160-161.

作者单位

中国农业银行股份有限公司内蒙古分行 内蒙古自治区呼和浩特市 010010

链接透明互联协议(Trill)是由IETF标准组织所指定的一项标准技术,通过对IS-IS路由协议进行扩展来实现二层路由,以TRILL构建的大二层网络主要具有以下特点:

(1)转发效率高。在采用TRILL的大二层网络中,所有设备均以自身节点作为源节点,基于最短路径算法计算出到达其他所有节点的最短路径,当存在多条最短路径时,则声称单播路由表项时候能够形成负载分担。对于数据中心胖树组网等具有多路径转发要求时,可以对网络带宽进行最大限度的利用。相对于STP技术对传统二层网络的破坏,TRILL实现了多链路的同时转发。由于TRILL网络进行数据报文转发的过程中采用最短路径,因此,采用TRILL进行组网可以极大提高数据报文的转发效率,提高数据中心网络单位时间的数据吞吐量。

(2)有效避免网络环路。TRILL协议能够自动选择分发树树根,每个节点以分发树树根作为源节点,计算出到达其他节点的最短路径,从而自动构建同时实现整个网络共享的组播分发树,该共享树能够将整个网络的所有节点连接起来,并承载二层网络数据报文的转发工作,不会形成有效环路。

当网络拓扑结构发生变化以后,不同节点之间会产生不同程度的路由收敛,此时,通过利用RPF检查可以丢弃从错误端口收到的数据报文,从而避免环路的形成。同时,因为TRILL数据包头部拥有Hop-Count字段,能够使临时环路对网络的影响进一步降低,从而进一步降低环路风暴发生的几率。

(3)收敛速度快。传统的二层网络由于ETH头部没有TTL字段,STP协议的收敛机制设计相对较为保守,在网络拓扑结构发生变化时,通常收敛速度较慢,甚至有时收敛过程需要花费数十秒时间才能完成,这难以满足数据中心业务对网络提出的高可靠性要求。而采用TRILL协议生成转发表项,加上TRILL头部的Hop-Count字段,能够允许临时环路的短暂出现,这能够是得网络出现节点以及链路发生故障时实现较快的收敛速度。

(4)方便部署。TRILL网络具有极高的自动化部署能力,首先TRILL协议配置相对较为简单,其中但部分配置参数能够自动生成,且大部分情况下可以采用缺省参数进行配置;其次,用户只需要维护一套协议,即可以同时实现对单薄、组播的控制;最后,TRILL网络延续了传统而成网络即插即用、方便易用的特点。

(5)平滑演进。采用MSTP传统二层ETH技术的网络,能够实现与TRILL大二层网络的无缝接入,MSTP网络下挂接的服务器能够与TRILL网络下所挂接的服务器进行二层通信,VM可以在整个大二层网络内实现任意迁移。

从整体上来看,TRILL技术所具有的多种特点,能够很好的适应云计算在未来一段时间中的发展需求。

2.2.2 SPB

最短路径桥接(SPB)与TRILL类似,都属于隧道技术,其组网方案也基本相同。SPB协议是在STP协议的基础上产生的,SPB最大能够扩展到16台汇聚交换机增加二层网络的接入规模,也对接入交换机的接入密度提出了更高的要求,同时,受到芯片的影响,网管与SPB核心必须进行分离,这也使得网络的架构层次以及成本大幅度增加,组网的难度也有一定程度的上升。与TRILL协议不同的是,SPB能够方便的支持VLAN扩展功能,该功能也是该技术在实际中得到广泛应用的主要原因。

3 大二层网络的发展前景

从当前大二层网络的发展现状来看,大而网络的需求目前已经非常清晰,各大厂商也提出了针对性极强的技术方案,对大二层网络进行不断优化和改进来满足数据中心及云计算的组网需求。目前的大二层组网技术主要分为虚拟机交换技术和隧道技术两种,其中虚拟机交换技术目前的代表是H3C公司的IRF技术,而隧道技术的代表技术有SPB、TRILL技术等。从各类技术当前的实际应用情况来看,成熟度还有所欠缺,应用性方面也还有待验证,其他的相关技术仍然在不断的完善。相信随着大数据的发展,为了满足数据中心及云计算的发展所不断提高的组网要求,大规模二层网络的相关技术仍然会不断朝着高效化、标准化的方向发展,从而实现各厂商设备的兼容性,降低用户的部署及维护成本,实现大规模二层网络的高效、稳定运行。

参考文献

[1]龙吟.云计算中大二层网络技术研究[J].通信与信息技术,2012(9):34-36.

[2]雷鸣.大二层网络在教学平台的应用分析[J].电子制作,2013(20):18.

[3]郑子祺.基于云计算的虚拟网络承载技术研究[J].山西青年,2013(12):160-161.

作者单位

中国农业银行股份有限公司内蒙古分行 内蒙古自治区呼和浩特市 010010

链接透明互联协议(Trill)是由IETF标准组织所指定的一项标准技术,通过对IS-IS路由协议进行扩展来实现二层路由,以TRILL构建的大二层网络主要具有以下特点:

(1)转发效率高。在采用TRILL的大二层网络中,所有设备均以自身节点作为源节点,基于最短路径算法计算出到达其他所有节点的最短路径,当存在多条最短路径时,则声称单播路由表项时候能够形成负载分担。对于数据中心胖树组网等具有多路径转发要求时,可以对网络带宽进行最大限度的利用。相对于STP技术对传统二层网络的破坏,TRILL实现了多链路的同时转发。由于TRILL网络进行数据报文转发的过程中采用最短路径,因此,采用TRILL进行组网可以极大提高数据报文的转发效率,提高数据中心网络单位时间的数据吞吐量。

(2)有效避免网络环路。TRILL协议能够自动选择分发树树根,每个节点以分发树树根作为源节点,计算出到达其他节点的最短路径,从而自动构建同时实现整个网络共享的组播分发树,该共享树能够将整个网络的所有节点连接起来,并承载二层网络数据报文的转发工作,不会形成有效环路。

当网络拓扑结构发生变化以后,不同节点之间会产生不同程度的路由收敛,此时,通过利用RPF检查可以丢弃从错误端口收到的数据报文,从而避免环路的形成。同时,因为TRILL数据包头部拥有Hop-Count字段,能够使临时环路对网络的影响进一步降低,从而进一步降低环路风暴发生的几率。

(3)收敛速度快。传统的二层网络由于ETH头部没有TTL字段,STP协议的收敛机制设计相对较为保守,在网络拓扑结构发生变化时,通常收敛速度较慢,甚至有时收敛过程需要花费数十秒时间才能完成,这难以满足数据中心业务对网络提出的高可靠性要求。而采用TRILL协议生成转发表项,加上TRILL头部的Hop-Count字段,能够允许临时环路的短暂出现,这能够是得网络出现节点以及链路发生故障时实现较快的收敛速度。

(4)方便部署。TRILL网络具有极高的自动化部署能力,首先TRILL协议配置相对较为简单,其中但部分配置参数能够自动生成,且大部分情况下可以采用缺省参数进行配置;其次,用户只需要维护一套协议,即可以同时实现对单薄、组播的控制;最后,TRILL网络延续了传统而成网络即插即用、方便易用的特点。

(5)平滑演进。采用MSTP传统二层ETH技术的网络,能够实现与TRILL大二层网络的无缝接入,MSTP网络下挂接的服务器能够与TRILL网络下所挂接的服务器进行二层通信,VM可以在整个大二层网络内实现任意迁移。

从整体上来看,TRILL技术所具有的多种特点,能够很好的适应云计算在未来一段时间中的发展需求。

2.2.2 SPB

最短路径桥接(SPB)与TRILL类似,都属于隧道技术,其组网方案也基本相同。SPB协议是在STP协议的基础上产生的,SPB最大能够扩展到16台汇聚交换机增加二层网络的接入规模,也对接入交换机的接入密度提出了更高的要求,同时,受到芯片的影响,网管与SPB核心必须进行分离,这也使得网络的架构层次以及成本大幅度增加,组网的难度也有一定程度的上升。与TRILL协议不同的是,SPB能够方便的支持VLAN扩展功能,该功能也是该技术在实际中得到广泛应用的主要原因。

3 大二层网络的发展前景

从当前大二层网络的发展现状来看,大而网络的需求目前已经非常清晰,各大厂商也提出了针对性极强的技术方案,对大二层网络进行不断优化和改进来满足数据中心及云计算的组网需求。目前的大二层组网技术主要分为虚拟机交换技术和隧道技术两种,其中虚拟机交换技术目前的代表是H3C公司的IRF技术,而隧道技术的代表技术有SPB、TRILL技术等。从各类技术当前的实际应用情况来看,成熟度还有所欠缺,应用性方面也还有待验证,其他的相关技术仍然在不断的完善。相信随着大数据的发展,为了满足数据中心及云计算的发展所不断提高的组网要求,大规模二层网络的相关技术仍然会不断朝着高效化、标准化的方向发展,从而实现各厂商设备的兼容性,降低用户的部署及维护成本,实现大规模二层网络的高效、稳定运行。

参考文献

[1]龙吟.云计算中大二层网络技术研究[J].通信与信息技术,2012(9):34-36.

[2]雷鸣.大二层网络在教学平台的应用分析[J].电子制作,2013(20):18.

[3]郑子祺.基于云计算的虚拟网络承载技术研究[J].山西青年,2013(12):160-161.

作者单位

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