淺談萬兆網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)中的優(yōu)化和調(diào)整

李淑倩 楊敏 林新巧

[摘 要] 地球物理研究所使用萬兆交換模塊實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連，運(yùn)用萬兆交換機(jī)進(jìn)行重要應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)的接入，在解釋、處理、油藏評(píng)價(jià)等生產(chǎn)和實(shí)踐中取得了良好效果。本文探討、分析萬兆網(wǎng)絡(luò)在本企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中優(yōu)化和調(diào)整后的作用和應(yīng)用前景，為企業(yè)網(wǎng)管人員提供一些借鑒和參考。

[關(guān)鍵詞] 萬兆網(wǎng)絡(luò)；企業(yè)；優(yōu)化；調(diào)整

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 01. 031

[中圖分類號(hào)] TP393 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）01- 0056- 03

1 萬兆網(wǎng)絡(luò)

1.1 地求物理研究所萬兆網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架概述

地球物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“地物所”）的網(wǎng)絡(luò)擁有較多信息節(jié)點(diǎn)，它承載著油田資料處理、解釋研究、油藏評(píng)價(jià)、方法研究、日常辦公等系統(tǒng)，專業(yè)應(yīng)用廣泛、內(nèi)容重要性高、時(shí)效性強(qiáng)、對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求大，為此，我們采用三層路由接入以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全性，VLAN按設(shè)備就近原則劃分，核心設(shè)備間采用萬兆接口互聯(lián)，重要服務(wù)器及用戶節(jié)點(diǎn)均為萬兆或千兆連接。網(wǎng)絡(luò)核心層部署2臺(tái)思科交換機(jī)和2臺(tái)Force 10交換機(jī)，這4臺(tái)交換機(jī)之間通過萬兆接口兩兩互連，運(yùn)行OSPF路由協(xié)議和QoS質(zhì)量保障協(xié)議，形成了四核心、多鏈路的冗余備份網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)應(yīng)用安全級(jí)別、互訪關(guān)系，將網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)內(nèi)部私有IP網(wǎng)絡(luò)和VLAN，核心服務(wù)使用私有地址管理以抵御外部的攻擊，用戶通過DHCP獲取公司合法IP地址訪問內(nèi)部和外部資源。網(wǎng)絡(luò)管理方面針對(duì)不同的VLAN定義了不同的安全策略，設(shè)定不同時(shí)間段訪問不同資源的訪問控制策略，使交換機(jī)的數(shù)據(jù)流傳遞安全、快捷，優(yōu)化調(diào)整前的網(wǎng)絡(luò)連接如圖1所示。

1.2 應(yīng)用需求

1.2.1 集群需求

隨著油田應(yīng)用的廣泛深入，地物所目前已擁有近千個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和總運(yùn)算能力達(dá)幾萬億次/秒的PC集群地震資料處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)總?cè)萘窟_(dá)到上百個(gè)TB，而為了更好地滿足石油地震解釋應(yīng)用，本企業(yè)又新引進(jìn)了一套地震處理解釋PC集群系統(tǒng)，為了獲得更好的應(yīng)用能力，此系統(tǒng)采用Infiniband網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來部署，要求現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能與之平穩(wěn)銜接。

1.2.2 用戶訪問需求

經(jīng)過多年的數(shù)據(jù)積累，地震資料處理和油藏解釋用戶的工作區(qū)塊數(shù)據(jù)量日益龐大，與服務(wù)器間的溝通傳遞實(shí)效性要求更高，比如，某個(gè)井位的三維剖面圖和地層資料數(shù)據(jù)必須及時(shí)傳遞到用戶桌面，以確保用戶及時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解釋，得出最有價(jià)值的分析資料。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求

單位企業(yè)網(wǎng)建設(shè)已有多年，其設(shè)備硬件、系統(tǒng)軟件上、采用標(biāo)準(zhǔn)都需要適應(yīng)計(jì)算機(jī)新技術(shù)、應(yīng)用的變遷，以使網(wǎng)絡(luò)的承載能力不斷提高，處理用戶請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間更短，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)達(dá)到最優(yōu)，提高工作效率。

2 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整

2.1 擴(kuò)建交換機(jī)

2.1.1 G8264 交換機(jī)

根據(jù)地震處理存儲(chǔ)、解釋研究和服務(wù)的應(yīng)用需求，我們采購(gòu)了3臺(tái)BLADE RackSwitch G8264萬兆交換機(jī)，其外視圖如圖2所示，分別通過捆綁技術(shù)各自接入到2臺(tái)Force 10交換機(jī)中以滿足生產(chǎn)應(yīng)用需求。

2.1.2 G8264 產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)

（1）1U的外形能夠使交換機(jī)靈活地安裝在服務(wù)器機(jī)架中，每秒1.2TB的無阻塞雙向吞吐量，由前至后或由后至前兩種氣流可供選擇，變速風(fēng)扇能自動(dòng)降低能耗。

（2）10GB的48個(gè)SFP+端口和40GB的4個(gè)QSFP+端口，可低延遲傳輸。

（3）擁有符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ISCLI的簡(jiǎn)化配置，可無縫集成到現(xiàn)有思科或其他網(wǎng)絡(luò)中。

（4）G8264交換機(jī)上的VMready軟件簡(jiǎn)化了配置，可以提高虛擬環(huán)境中的安全性，并與VMware、Citrix Xen和Microsoft虛擬機(jī)協(xié)同工作。

2.2 擴(kuò)建板卡

根據(jù)Force 10應(yīng)用服務(wù)的訪問情況和流量分析，我們新購(gòu)了2塊LC-EF-10GE-4P萬兆線性板卡，該板卡擁有4個(gè)全雙工10 GB的LAN/WAN、適用XFP模塊、可插拔的PHY端口，用來擴(kuò)充Force 10上連接交換機(jī)的能力，同時(shí)提升帶寬（見圖3）。

2.3 優(yōu)化調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.3.1 設(shè)備接入方式

網(wǎng)絡(luò)調(diào)整前接入應(yīng)用服務(wù)器的是G8124萬兆交換機(jī)，我們通過在綁定的二層接口上打TRUNK標(biāo)記以便讓多條LAN通過，這樣做的結(jié)果是，由于有多個(gè)VLAN的設(shè)備混雜接入，數(shù)據(jù)通過TRUNK口時(shí)除了本地LAN之外都要打上其LAN的標(biāo)簽，造成交換機(jī)效率有所下降。因此，在購(gòu)進(jìn)G8264并對(duì)應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析后，我們把G8124作為備用交換機(jī)，將一臺(tái)G8264為解釋研究服務(wù)，2臺(tái)為資料處理和數(shù)據(jù)中心服務(wù)，分別捆綁接入2臺(tái)Force 10各自新擴(kuò)的LC-EF-10GE-4P板卡上，同時(shí)把3臺(tái)G8264與2臺(tái)Force 10都使用ACCESS方式進(jìn)行連接，目的是只讓一個(gè)當(dāng)前綁定的LAN通過該接口，數(shù)據(jù)通過ACCESS口時(shí)不需要打標(biāo)，大大提高了應(yīng)用數(shù)據(jù)處理時(shí)效和傳遞速度，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D4所示。

2.3.2 鏈路匯聚技術(shù)

圖4中，2臺(tái)G8264與Force 10的連接，以及G8264間的互連都是通過鏈路匯聚技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，一改之前采用的Port-channel或LACP的鏈路匯聚方式。鏈路匯聚的主要作用是增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。一種是交換機(jī)之間，比如G8264與Force 10兩臺(tái)交換機(jī)間，用一根萬兆光纖連接，如果傳輸量太大就會(huì)產(chǎn)生阻塞，這時(shí)就可以使用鏈路聚合，使用Port-group命令，建立鏈路聚合。一般多用兩條鏈路聚合在一起增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。還有一種情況是交換機(jī)與服務(wù)器之間的鏈接，比如一臺(tái)服務(wù)器連接在G8264交換機(jī)上，如果用戶訪問量很大，服務(wù)器就會(huì)承載不了，這時(shí)可以考慮多安裝幾塊網(wǎng)卡，使用鏈路聚合使幾塊網(wǎng)卡連接的端口聚合在一起，減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

2.3.2.1 Port-channel簡(jiǎn)介

Port-channel端口匯聚是一種將一組具備相同屬性的端口抽象成一個(gè)邏輯端口的過程，是一組物理端口的集合體，在邏輯上被當(dāng)作一個(gè)物理端口使用。只有配置到Port-group里面的物理端口才能參加鏈路匯聚，并成為Port-channel的成員，加入Port-group 端口序列中的物理端口進(jìn)行匯聚后，形成的Port-channel 真正成為一個(gè)獨(dú)立邏輯端口，Port-channel捆綁不僅能增加網(wǎng)絡(luò)帶寬，還能提供鏈路的備份功能，增加鏈路穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)鏈路負(fù)載平衡，避免鏈路出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，防止單條鏈路轉(zhuǎn)發(fā)速率過低而出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象。

2.3.2.2 LACP簡(jiǎn)介

LACP鏈路匯聚控制協(xié)議是一種實(shí)現(xiàn)鏈路動(dòng)態(tài)匯聚的協(xié)議，它通過鏈路匯聚控制協(xié)議數(shù)據(jù)單元向?qū)Χ送ǜ孀约旱南到y(tǒng)優(yōu)先級(jí)、系統(tǒng)MAC地址、端口優(yōu)先級(jí)、端口號(hào)和操作Key。對(duì)端收到后將這些信息與其他端口所保存的信息比較以選擇能夠匯聚的端口，雙方可以對(duì)端口加入或退出某個(gè)動(dòng)態(tài)匯聚組達(dá)成一致。

LACP有動(dòng)態(tài)、靜態(tài)匯聚兩種方式，動(dòng)態(tài)匯聚端口啟用LACP協(xié)議的管理Key缺省為零，靜態(tài)匯聚端口啟用LACP協(xié)議的管理Key與匯聚組ID相同。動(dòng)態(tài)匯聚組成員一定具有相同的操作Key，靜態(tài)匯聚組中處于Active的端口具有相同的操作Key。端口匯聚實(shí)現(xiàn)出/入負(fù)荷在匯聚組中各個(gè)成員端口中的分擔(dān)，同時(shí)也提供了更高的連接可靠性。

2.3.2.3 Port-channel與LACP性能比較

經(jīng)過Port-channel與LACP兩種匯聚協(xié)議的鏈路捆綁測(cè)試，我們得出結(jié)論：用Port-channel匯聚的鏈路在信息傳輸質(zhì)量、鏈路狀態(tài)、穩(wěn)定性方面都優(yōu)于LACP。因此我們將原先所有使用LACP捆綁的協(xié)議全部調(diào)整為Port-channel協(xié)議，包括所有進(jìn)行捆綁的應(yīng)用服務(wù)器與G8264的鏈路連接。

圖5中交換機(jī)Tagging標(biāo)記取消，4、5端口用LACP協(xié)議匯聚，傳遞文件所顯示的實(shí)時(shí)流量圖如圖5所示。