基于二层多路径技术的数据中心网络(2)
这也就是说TRILL作为二层转发技术,通过引入三层路由的链路状态发现协议将此前的二层交换机设备升级成了具备路由能力的交换机设备。
2.2广播和多播数据帧转发原理
此类报文的处理正是二层链路协议的核心和重点,不合理或存在漏洞的二层链路协议会造成二层环路,纯802.1二层网络一旦出现环路将造成广播报文的激增,整网将处于瘫患状态,直到环路解除为止。
TRILL协议首先针对二层环路没有TTL的问题进行了改进,在TRILL报文头中引入了TTL字段,这样TRILL报文在网络中即使发生了环路问题也不至于造成严重的后果。另外TRILL协议对多播及广播报文的转发设计了分发树(distributiontree)的多播转发行为,它的分发树类似于STP的生成树,也有一个类似于根桥的rootbridge,与STP的生成树算法不同的是TRILL的分发树是从ISIS的网络拓扑中计算产生的,并为每一个VLAN生成一棵分发树,在发生VLAN变化或接口变化时,这种分发树的过程不需要额外的配置,完全是由RB自动完成的。当一台边缘RB收到一个某VLAN的广播帧或多播帧时,RB除了向自己的其它普通vlan口分发该数据帧外,还要封装该数据帧为TRILL数据帧,目的RB为该VLAN分发树的根桥,通过根桥将该数据帧扩散的与该VLAN相关的其它所有RB设备上。
3FabricPath技术
思科公司在TRILL的制定过程中参与较深,并与2010年6月发布了FabricPath技术。虽然FabricPath是思科的私有解决方案,但可以看作一个"增强版的TRILL",是TRILL的基本功能加上"基于会话的MAC地址学习"、"Vpc+"和"多重拓扑"等功能的合集。同时,思科发布了支持FabricPath的Nexus7000板卡,并且承诺现有架构与TRILL标准兼容,当TRILL正式标准化之后,只需要升级现有设备的软件,就能够与标准的TRILL交换机互联互通。
3.1FabricPath的技术目标
总体上说,FabricPath技术目标是在保证二层网络环境的前提下,修复现有二层网络的缺陷,主要实现有以下功能:
·实现两点间多条路径同时转发流量EMCP(EqualCostMultiPathing);
·自动发现,操作简单,类似IP网络的平滑扩展;
·高可用性,实现快速收敛,防止广播风暴;
·保持原有二层网络配置的简洁性;
·带宽的高扩展性,克服STP需要阻塞链路端口的弊端。
3.2FabricPath技术的工作模式
如图3所示,数据帧在进入FabricPath网络时,会被打上新帧头,在FabricPath网络内根据帧头里的switchID进行转发,离开FabricPath网络时,脱去帧头,进入传统的以太网交换环境。要加入FabricPath网络,只需在交换机对应端口上启用FabricPath模式即可,所有的地址分配和路由策略都自动生成,无需繁琐的配置。
FabricPath帧结构中定义了一个数据帧的最长生存周期(TTL)字段,每当数据帧经过一台交换设备TTL就减一,直到TTL为零时,这个帧将被丢弃。TTL保证了数据帧不会在成环的链路中被无限次转发,从而使得二层环境不再需要运行STP协议,不再有链路被Block,这是实现两点之间多路径转发的基础。
图4是一个典型的FabricPath组网,汇聚设备同接入设备之间为FabricPath网络,FabricPath网络内没有运行STP,多条链路都能够转发数据。基于IS-IS的特性,FabricPath网络设备的switchID可以动态修改,而不影响流量转发,当数据中心规模不断扩张时,可以利用FabricPath平滑地扩展其汇聚层,并在接入设备间实现最多16条二层多路径。
接入设备作为网关连接了传统以太网络同FabricPath网络,FabricPath网关上可以进行"基于会话的MAC地址学习",只有那些目的地址为本地设备的数据帧的源地址会被放入网关的MAC地址表,其他数据帧的源地址以及广播帧的源地址都不会被学习,这就保证了边缘网关设备的MAC地址表里只保存与本地有会话关系的MAC地址,这个举措能够大大缩小虚拟化数据中心内接入设备的MAC地址表体积。
3.3FabricPath的配置
FabricPath的配置较为简单,不需要手工进行IS-IS的配置,只需输入"feature-set"关键字就会自动将FabricPath需要的多个Service同时打开(例如L2IS-IS,LLDP等)。下面是一个进行FabricPath配置的简单示例。
N7K(config)#feature-setfabricpath
N7K(config)#vlan10-19
N7K(config-vlan)#modefabricpath
N7K(config)#interfaceport-channel1
N7K(config-if)#switchportmodefabricpath
4结论
当前数据中心的规模越来越大,对于虚拟化、自动化的特性需求越来越强烈,传统的二层、三层技术不再能满足其全部需求。在网络领域,二层多路径技术是一个显著的进步,正如笔者所介绍的,FabricPath简化了网络设计,提高了网络可扩展性和弹性。FabricPath网络不再需要运行生成树协议(STP),没有链路被阻断,大大增加了网络传输带宽,很好地支持了服务器之间迅猛增加的横向流量。同时,FabricPath能够实现类似三层的路由功能,支持二层网络的平滑扩展。
但是同时也要看到,目前二层多路径技术的标准还不统一,市场上支持该技术的设备较少(只有思科的N7000板卡)且价格较为昂贵,在部署实施时需要综合考虑今后该技术的兼容性和发展趋势。
[参考文献]
[1]李斌.拨云见日FabricPath从交换到路由[J].弯曲评论网,2011.3.21.
[2]李智鹏.交换机新生[J].计算机世界,2011年第15期.
[3](美)JoeTouch.TransparentInterconnectionofLotsofLinks(TRILL):ProblemandApplicabilityStatement.RFC5556.2009.5.
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