虛擬交換技術(shù)的組網(wǎng)應(yīng)用

皇甫一江

(中國人民解放軍海軍裝備部北京100841)

1 引言

長(zhǎng)久以來，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者為了使網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能夠在各種故障的情況下盡可能地保持網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，通常采用在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)層次部署多條冗余／負(fù)載均衡鏈路和設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)為了使這些冗余的設(shè)備和鏈路在出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)地發(fā)揮作用，設(shè)計(jì)了RSTP，HSRP和VRRP等保護(hù)性協(xié)議。

這種保護(hù)協(xié)議控制冗余鏈路和設(shè)備的方式雖然可行，但是卻有許多的不足，這主要是由于目前絕大多數(shù)冗余保護(hù)性協(xié)議采用主／備工作方式，這種方式使網(wǎng)絡(luò)的有效利用率只能達(dá)到50%，造成了較大的浪費(fèi)。

目前網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)的另一個(gè)不足之處是網(wǎng)絡(luò)中被管理網(wǎng)元數(shù)目的成倍增加，不論網(wǎng)絡(luò)管理者采用何種方式來管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同樣的配置和策略的下發(fā)都需要重復(fù)至少2次[1]，而虛擬交換技術(shù)可以將其簡(jiǎn)化。

2 簡(jiǎn)化運(yùn)維管理

虛擬交換技術(shù)是一種網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，可以將多臺(tái)核心系列交換機(jī)組合為一臺(tái)虛擬交換機(jī)，多臺(tái)物理的交換機(jī)在統(tǒng)一的虛擬化管理下，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，并且控制平面相互備份。簡(jiǎn)化起見，針對(duì)2臺(tái)核心交換機(jī)的虛擬化進(jìn)行分析[2],如圖1所示。

圖1 虛擬交換技術(shù)概念示意圖

2臺(tái)核心交換機(jī)虛擬成一臺(tái)以后，下級(jí)交換機(jī)分別上聯(lián)到2臺(tái)核心交換機(jī)的鏈路可以簡(jiǎn)單的使用以太網(wǎng)通道技術(shù)捆綁成一條邏輯鏈路，而如果沒有虛擬化則需要采用相對(duì)復(fù)雜的多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)2條上聯(lián)鏈路的熱備和負(fù)載均衡，虛擬交換組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 虛擬交換組網(wǎng)方式

可見采用虛擬交換技術(shù)VSS可以從以下幾個(gè)方面極大的簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維工作量和復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)構(gòu)架的網(wǎng)絡(luò)[3,4]：

①VSS技術(shù)屏蔽了2臺(tái)物理的交換機(jī)細(xì)節(jié)，無需再對(duì)2臺(tái)核心交換機(jī)配置、調(diào)試、維護(hù)，僅需對(duì)一臺(tái)虛擬的交換機(jī)進(jìn)行即可；

②無需運(yùn)行傳統(tǒng)雙核心必須的HSRP、VRRP、STP等協(xié)議；

③下級(jí)交換機(jī)或服務(wù)器通過以太網(wǎng)通道技術(shù)EtherChannel（802.3ad或PAgP）捆綁2條上聯(lián)鏈路，非常簡(jiǎn)單。

3 提高網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力

網(wǎng)絡(luò)將承載ERP、呼叫中心等重要信息系統(tǒng)，因此，網(wǎng)絡(luò)不僅要可用，而且要高可用，必須具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力。除了傳統(tǒng)的設(shè)備硬件冗余、鏈路冗余、動(dòng)態(tài)路由協(xié)議外，通過虛擬交換技術(shù)VSS還能提供更高的網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，如果接入交換機(jī)上聯(lián)鏈路出現(xiàn)故障，在該鏈路傳輸?shù)腣LAN將切換到另外一條鏈路上傳輸，由于需要多個(gè)協(xié)議，如生成樹協(xié)議、動(dòng)態(tài)路由協(xié)議等共同作用，切換時(shí)間一般為幾秒至幾十秒，終端用戶將會(huì)感知，甚至導(dǎo)致應(yīng)用中斷，尤其是語音和視頻的應(yīng)用[5]。

但是在VSS網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下，由于2條上聯(lián)鏈路是通過以太網(wǎng)通道捆綁的，一條鏈路中斷后，以太網(wǎng)通道技術(shù)可以在200 ms甚至更短的時(shí)間內(nèi)將所有數(shù)據(jù)切換到另外一條鏈路傳輸，幾乎不丟失數(shù)據(jù)包，而且無需任何其他協(xié)議參與，終端用戶不會(huì)感知，語音和視頻等應(yīng)用也不會(huì)中斷。

在單臺(tái)核心交換機(jī)完全故障時(shí)，情況和單條鏈路中斷類似，VSS虛擬交換技術(shù)同樣可以把網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)間從幾秒至幾十秒縮短至最短200m s?？偨Y(jié)來說，虛擬交換技術(shù)VSS可以在以下方面大大增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力：①鏈路和核心設(shè)備故障時(shí)無需路由協(xié)議和生成樹協(xié)議等收斂即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)；②通過以太網(wǎng)通道技術(shù)可以將跨核心交換機(jī)的冗余鏈路進(jìn)行捆綁，在鏈路層即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和快速故障恢復(fù)；③鏈路和核心設(shè)備故障時(shí)可以快速故障恢復(fù)，幾乎不丟包；④VSS使得網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化，更有利于管理員的故障排查。

4 性能的提高

網(wǎng)絡(luò)的性能不僅取決于各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的性能，更多的時(shí)候取決于鏈路、多條鏈路的負(fù)載均衡和服務(wù)器連接等設(shè)計(jì)。其中，服務(wù)器的接入和匯聚/接入交換機(jī)的上聯(lián)鏈路是最容易成為性能瓶頸的部分[6]。采用VSS虛擬交換技術(shù)，可以使得服務(wù)器的接入以及交換機(jī)的上聯(lián)鏈路的性能加倍，切實(shí)的獲得網(wǎng)絡(luò)的高性能。以服務(wù)器接入為例，說明如何通過VSS虛擬交換技術(shù)獲得高性能，如圖3所示。

圖3 提高性能的組網(wǎng)方式

如果沒有VSS虛擬交換技術(shù)，要采用傳統(tǒng)的服務(wù)器接入方案，即采用2臺(tái)服務(wù)器交換機(jī)分別連接2臺(tái)核心交換機(jī)，然后將服務(wù)器連接在服務(wù)器交換機(jī)上，如果服務(wù)器的軟件系統(tǒng)支持HA，則可以雙連接到2臺(tái)服務(wù)器交換機(jī)中，否則，連接到一臺(tái)服務(wù)器交換機(jī)上。這種傳統(tǒng)的接入方式有如下缺點(diǎn)：

①高可靠性需要服務(wù)器的軟件系統(tǒng)的HA特性支持；

②服務(wù)器的多個(gè)網(wǎng)卡難以同時(shí)使用，網(wǎng)絡(luò)訪問性能難以提高；

③需要服務(wù)器交換機(jī)，提高成本的同時(shí)也使得服務(wù)器交換機(jī)的連接鏈路進(jìn)一步成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

而采用VSS技術(shù)以后，服務(wù)器可以直接連接核心交換機(jī)，省去服務(wù)器交換機(jī)，并且都可以通過以太網(wǎng)通道技術(shù)將2條或者多條千兆鏈路捆綁，從而在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了2倍甚至更多倍的性能。優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下：

①使用絕大多數(shù)服務(wù)器都支持的以太網(wǎng)通道捆綁技術(shù)，無需配置支持HA特性的軟件；

②無需服務(wù)器交換機(jī)，避免服務(wù)器交換機(jī)鏈路瓶頸，服務(wù)器直接連接核心交換機(jī)，充分發(fā)揮核心交換機(jī)的性能；

③服務(wù)器可以多個(gè)網(wǎng)卡進(jìn)行以太網(wǎng)通道捆綁，進(jìn)一步提高服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)訪問性能；

④接入交換機(jī)的上聯(lián)鏈路和服務(wù)器的接入類似，也可以將多條上聯(lián)到不同核心交換機(jī)的鏈路捆綁，同時(shí)使用，性能加倍。

5 結(jié)束語

獨(dú)特的虛擬交換技術(shù)將真正使網(wǎng)絡(luò)性能得到大幅度的提高，并且降低成本。虛擬交換技術(shù)通過加快故障倒換極大地提高了系統(tǒng)可靠性，同時(shí)也促進(jìn)了交換容量的成倍提高，使得該技術(shù)在當(dāng)今的組網(wǎng)應(yīng)用中具備獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。

[1]G AI J ing,F R A NCO I S C,CH A N Y T.F reque n cy Est i mat ion o f U n c oo perat i ve C o here n t P ulse Radars[C].2007 M i l i tary C o mmu ni cat ion s C on fere n ce,2007:1-7.

[2]T R ITT LER S,H A M P RECH T F A.Near Opt i mum S ampl ing des ign a n d A n Eff i c i e n t A l go r i thm f o r Sing le T on e F reque n cy Est i mat ion[J].Digi tal Sign al P r o cess ing,2009,19(4):628-639.

[3]L I Dong-ha i,CHEN S h i-we n,ZH A O Chua ng.P hase-C o ded P ulse C o mpress ion Radar Carr i er F reque n cy A ccurate Est i mat ion[J].2010 2n d I n ter n at ion al C on fere n ce on Sign al P r o cess ing S ystems,2010(3):212-214.

[4]周潤(rùn)景.M ult i s i m&Lab V I EW 虛擬儀器設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:北京航天航空大學(xué)出版社,2008:90-91

[5]CZ A RNECK I L S.O n s o me m i s in ter p retat i on s o f the in sta n t ta n e o us react i ve p o wer p2 q the o ry[J].I EEE T ra n sact ion s on P o wer Electr oni cs,2004,19(3):828-836.

[6]柳寒冰.仿真網(wǎng)格中虛擬化技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].北京:北京理工大學(xué),2010.