1. 傳統STP技術應用分析

STP是IEEE 802.1D中定義的一個應用于以太網交換機的標準，這個標準為交換機定義了一組規則用于探知鏈路層拓撲，并對交換機的鏈路層轉發行為進行控制。如果STP發現網絡中存在環路，它會在環路上選擇一個恰當的位置阻塞鏈路上的端口——阻止端口轉發或接收以太網幀，通過這種方式消除二層網絡中可能產生的廣播風暴。

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然而在實際部署中，為確保網絡的高可用性，無論是數據中心網絡還是園區網絡，通常都會采用具有環路的物理拓撲，并采用STP阻塞部分端口的轉發。對于被阻塞端口，只有在處于轉發狀態的端口及鏈路發生故障時，才可能被STP加入到二層數據幀的轉發樹中。

STP的這種機制導致了二層鏈路利用率不足，尤其是在網絡設備具有全連接拓撲關系時，這種缺陷尤為突出。如圖1所示，當采用全網STP二層設計時，STP將阻塞大多數鏈路，使接入到匯聚間帶寬降至1/4，匯聚至核心間帶寬降至1/8。這種缺陷造成越接近樹根的交換機，端口擁塞越嚴重，造成的帶寬資源浪費就越嚴重。

可見，STP可以很好地支持傳統的小規模范圍的二層網絡，但在一些規模部署虛擬化應用的數據中心內(或數據中心之間)，會出現大范圍的二層網絡，STP在這樣的網絡中應用存在嚴重的不足。主要表現為以下問題(如圖2所示)。

(1) 低效路徑

• 流量繞行N-1跳
• 路由網絡只需N/2跳甚至更短

(2) 帶寬利用率低

• 阻斷環路，中斷鏈路
• 大量帶寬閑置
• 流量容易擁塞

(3) 可靠性低

• 秒級故障切換
• 對設備的消耗較大

(4) 維護難度大

• 鏈路引起拓撲變化復雜
• 容易引發廣播風暴
• 配置、管理難度隨著規模增加劇增

由于STP存在以上種種不足，其難以勝任大規模二層網絡的管理控制。

2. IRF技術應用分析

H3C IRF(Intelligent Resilient Framework)是N:1網絡虛擬化技術。IRF可將多臺網絡設備(成員設備)虛擬化為一臺網絡設備(虛擬設備)，并將這些設備作為單一設備管理和使用。

IRF虛擬化技術不僅使多臺物理設備簡化成一臺邏輯設備，同時網絡各層之間的多條鏈路連接也將變成兩臺邏輯設備之間的直連，因此可以將多條物理鏈路進行跨設備的鏈路聚合，從而變成了一條邏輯鏈路，增加帶寬的同時也避免了由多條物理鏈路引起的環路問題。如圖3所示，將接入、匯聚與核心交換機兩兩虛擬化，層與層之間采用跨設備鏈路捆綁方式互聯，整網物理拓撲沒有變化，但邏輯拓撲上變成了樹狀結構，以太幀延拓撲樹轉發，不存在二層環路，且帶寬利用率***。

簡單來說，利用IRF構建二層網絡的好處包括：

• 簡化組網拓撲結構，簡化管理
• 減少了設備數量，減少管理工作量
• 多臺設備合并后可以有效的提高性能
• 多臺設備之間可以實現無縫切換，有效提高網絡HA性能

目前，IRF技術實現框式交換機堆疊的窬量***為四臺，也就是說使用IRF構建二層網絡時，匯聚交換機最多可達4臺。舉例來說，匯聚層部署16業務槽的框式交換機(4塊上行，12塊下行)，配置業界***進的48端口線速萬兆單板。考慮保證上下行1:4的收斂比，匯聚交換機下行的萬兆端口數量48*12=576。接入交換機部署4萬兆上行，48千兆下行的盒式交換機。4臺IRF后的匯聚交換機可以在二層無阻塞的前提下接入13824臺雙網卡的千兆服務器，可滿足國內絕大部分客戶的二層組網需求。

少部分客戶期望其服務器資源池可以有效擴充到2萬臺甚至更大。這樣，就需要其他技術提供更大的網絡容量。

3. TRILL技術應用分析

采用TRILL技術構建的數據中心大二層網絡如圖4所示，網絡分為核心層(相當于傳統數據中心匯聚層)、接入層。接入層是TRILL網絡與傳統以太網的邊界;核心層RBridge不提供主機接入，只負責TRILL幀的高速轉發。每個接入層RBridge通過多個高速端口分別接入到多臺核心層RBridge上。

準確的說，TRILL***可以支持16臺核心層RBridge。這樣也就對接入層交換機提出了更高的要求：支持16端口萬兆上行，160千兆下行。目前的主流千兆交換機都是4萬兆上行、48千兆下行。***密度可以支持到10萬兆上行，96千兆下行。如果與前面IRF組網采用相同的匯聚(TRILL核心)設備和收斂比，TRILL目前***可以支持10核心組網，其***能力可以無阻塞的接入27648臺雙網卡千兆服務器。可以直觀的看到，隨著匯聚交換機數量的增加，二層網絡服務器的接入規模直線上升。

這是目前TRILL相對于IRF最明顯的優勢。 雖然TRILL成功擴展了虛擬機資源池的規模，但是目前大規模的二層網絡缺乏運維經驗，這意味著運維成本會大幅度提升，同時給業務系統帶來巨大的風險。同時，TRILL技術目前在芯片實現上存在客觀缺陷：核心層不能支持三層終結，也就是說TRILL的核心層不能做網關設備。必須要在核心層上再增加一層設備來做網關(如圖5所示)。這導致網絡結構變得復雜，管理難度增加，網絡建設、運維成本都會增加。

4. SPB技術應用分析

SPB的組網方案和TRILL基本相同(圖4所示)。同樣***可以擴展16臺匯聚交換機增加二層網絡接入規模;同樣對接入交換機的接入密度提出更高的要求;同樣存在網關與SPB核心必須分離的芯片缺陷(圖5所示)，導致網絡層次增加，管理、運維成本增加。 相對于TRILL，SPB***的優勢在于能夠方便的支持VLAN擴展功能，正是這一點吸引了很多需要支持多租戶業務的運營商以及有規模運營需求的企業的關注。

5. EVI技術應用分析

由于大規模的二層網絡缺乏成功的運維經驗，所以最合理的虛擬化網絡應該是L3+L2網絡模型。如前文所述，由于EVI特性可以通過匯聚層和核心層之間的IP網絡實現二層互通，所以通過EVI擴展多個二層域的時候不需要更改布線或是設備，僅僅需要在匯聚設備上啟用EVI特性即可。這樣可以平滑的擴展二層網絡的規模。

目前L3路由+L2 IRF+EVI是最適合云計算虛擬化數據中心網絡的模型。其主要的優點包括：

• 技術成熟，架構穩定
• 豐富的運維經驗，便于維護
• 平滑的擴容能力，能夠支持大規模二層網絡

6. 技術應用對比

7. 結束語

虛擬化數據中心內通常采用服務器二層接入方案，以實現靈活擴展資源池能力。隨著企業對計算資源靈活調度能力要求的不斷提升，必然將面臨大規模二層網絡問題。本文列出五種不同實現技術，各有特點。技術沒有***的，只有最適合的。希望通過本文的闡述與分析，給讀者一些幫助與啟發，以便未來實現數據中心大規模二層網絡時選擇最適合的技術方案。

其他大二層組網技術簡介：

(1) Fabricpath

Fabricpath是由Cisco提出，和TRILL非常相似的一種技術。Fabricpath和TRILL對比來看，主要在于封裝更加精簡，支持多拓撲能力，在控制管理層面上精耕細作，成熟度要好一些。

(2) Qfabric

是Juniper提出的技術，將交換機的控制軟件拉到外部的服務器上運行，整個網絡采用集中控制集中管理的方式。缺點是：擴展性不好，部署案例少，成熟度待檢驗。

(3) VXLAN/NVGRE

業界最近出現了一種通過在vSwitch上支持L2oIP的技術，有VXlAN(Virtual eXtensible LAN)和NVGRE(Network Virtual GRE)，前者是由VMware和思科提出的標準，使用了L2oUDP的封裝方式，支持16M的tenant ID;后者是由HP和微軟提出的標準，使用了L2oGRE封裝方式，也支持16M的tenant ID。這兩種技術的主要特點是隧道的起點和終點主要在vswitch上，而不是物理交換機上。隧道的封裝在服務器內部的vswitch就已經打好，然后將物理網絡當作大的IP背板加以穿透，大二層范圍可以跨DC。以期達到快速部署，靈活創建虛擬化網絡的目的。