張玉芳,陳光禮,熊忠陽,嚴(yán)德汗

(1.重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,重慶400044;2.杭州華三通信技術(shù)有限公司北京研究所,北京100080)

一種基于智能彈性架構(gòu)的縱向異構(gòu)方案

張玉芳1,陳光禮1,熊忠陽1,嚴(yán)德汗2

(1.重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,重慶400044;2.杭州華三通信技術(shù)有限公司北京研究所,北京100080)

針對(duì)交換網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、端口擴(kuò)展受限、維護(hù)成本高等問題,提出一種基于智能彈性架構(gòu)(IRF)技術(shù)的縱向異構(gòu)方案。將多臺(tái)低端交換機(jī)與IRF系統(tǒng)虛擬成一臺(tái)邏輯設(shè)備,以增加邏輯設(shè)備的端口數(shù)量、簡化管理,并降低大交換網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成本。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?采用跨板聚合技術(shù)將低端交換機(jī)與IRF系統(tǒng)之間的鏈路進(jìn)行捆綁,對(duì)該鏈路上的流量實(shí)施負(fù)載均衡分擔(dān);在協(xié)議控制層,將低端交換機(jī)的系統(tǒng)控制管理平面上移,由IRF系統(tǒng)進(jìn)行集中控制和網(wǎng)絡(luò)決策管理。從可靠性、端口擴(kuò)展、維護(hù)方面與現(xiàn)有方案進(jìn)行對(duì)比分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案能解決現(xiàn)有方案中的不足,并以較低的成本提高端口密度。

智能彈性架構(gòu);縱向異構(gòu);低端交換機(jī);負(fù)載分擔(dān);可靠性;端口密度

1 概述

隨著IT業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)已成為企業(yè)IT運(yùn)行的基石。企業(yè)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為支撐上層不斷變化的應(yīng)用要求也在不斷地進(jìn)行調(diào)整和演化。而在如今的大交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)代,網(wǎng)絡(luò)的可靠性、流量負(fù)載均衡、后期可擴(kuò)展和可維護(hù)性方面面臨著越來越大的挑戰(zhàn)。

以太網(wǎng)高可用性自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)EC-62439提出了冗余到網(wǎng)絡(luò)和冗余至節(jié)點(diǎn)2類以太網(wǎng)冗余方案[1]。冗余到網(wǎng)絡(luò)方案主要采用 STP(Spanning Tree Protocol),RSTP(Rapid Spanning Tree Protocol)和MSTP(Multi Spanning Tree Protocol)3種生成樹協(xié)議技術(shù)[2]。其中,STP是基于802.1D的生成樹協(xié)議,主要應(yīng)用在早期的交換網(wǎng)絡(luò)中。其雖能夠解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路和廣播風(fēng)暴問題[3],但不足之處是,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí),需要經(jīng)過近60 s才能達(dá)到穩(wěn)定。該收斂效果對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性提出了挑戰(zhàn),不再適用于如今的大規(guī)模交換網(wǎng)絡(luò)。此后,IEEE在此基礎(chǔ)上提出了基于802.1W的RSTP協(xié)議。該協(xié)議通過重新細(xì)化端口角色、簡化端口狀態(tài)和采用新的狀態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制,加快了網(wǎng)絡(luò)的收斂速度。上述2種協(xié)議均是單生成樹協(xié)議,若某條鏈路不在最小生成樹協(xié)議選中的路徑中,則該鏈路會(huì)被阻塞,其不能夠再承載任何流量,致使鏈路轉(zhuǎn)發(fā)流量不均衡,極端情況下會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。針對(duì)上述方案的不足,提出了基于802.1S的MSTP(多生成樹協(xié)議)。該協(xié)議將整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)生成樹域,每個(gè)生成樹域由多棵生成樹組成。在生成樹域內(nèi),多個(gè)VLAN映射到不同的生成樹實(shí)例,致使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可流量均衡負(fù)載[4]。目前,該協(xié)議支持的技術(shù)方案已得到廣泛應(yīng)用,但其也存在不足,即當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大時(shí),網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,并且后期的管理、維護(hù)成本也較高。

冗余至節(jié)點(diǎn)方案主要采用虛擬化技術(shù),將多臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化成一臺(tái)邏輯設(shè)備,從而減少了網(wǎng)絡(luò)的邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù),簡化了網(wǎng)絡(luò)管理。其典型代表包括Cisco的Stack wise、3COM的可擴(kuò)展的彈性網(wǎng)絡(luò)[5](eXpandable Resilient Networking,XRN),以及H3C的IRF堆疊技術(shù)[6-7]。其基本思想是:在不改變傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)浜同F(xiàn)有布線方式的前提下,對(duì)同層設(shè)備進(jìn)行橫向整合,并在虛擬化設(shè)備上對(duì)所有成員設(shè)備統(tǒng)一進(jìn)行配置和管理。由于虛擬技術(shù)所支持的設(shè)備移植了單臺(tái)設(shè)備的所有網(wǎng)絡(luò)特性,從而導(dǎo)致系統(tǒng)中能夠虛擬的成員設(shè)備數(shù)量極為有限。例如,IRF方案在最佳情況下能夠支持4臺(tái)盒式設(shè)備或者2臺(tái)分布式框式設(shè)備[8]。與MSTP方案相比,該方案減少了網(wǎng)絡(luò)中的邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù),簡化管理,從而進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本。

盡管上述方案能減少需要管理的節(jié)點(diǎn)數(shù),簡化管理,但在數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算之類的大交換網(wǎng)絡(luò)中,邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)依舊較多、管理較為復(fù)雜。針對(duì)此問題,本文提出一種基于智能彈性架構(gòu)(Intelligent Resilient Framework,IRF)的縱向異構(gòu)方案。該方案通過將低端交換機(jī)作為業(yè)務(wù)板,與較高端的IRF系統(tǒng)進(jìn)行跨層異構(gòu),達(dá)到以較低成本擴(kuò)展更多數(shù)量設(shè)備的目的,從而在一個(gè)邏輯設(shè)備中提供更多端口,以降低整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中的邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)。

2 IRF技術(shù)

IRF技術(shù)是針對(duì)交換機(jī)集群技術(shù)中受不同廠商的專用協(xié)議技術(shù)、固定設(shè)備型號(hào)的限制而提出的一種通用虛擬化技術(shù)[8]。該方案將多臺(tái)同系列網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在物理層進(jìn)行屏蔽,對(duì)外虛擬成一臺(tái)邏輯設(shè)備。系統(tǒng)控制層面和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)平面完全分離,在整個(gè)邏輯設(shè)備中通過拓?fù)涫占⒔巧x舉、主備倒換。將整個(gè)系統(tǒng)只分成一個(gè)master和多個(gè)slaver,實(shí)時(shí)進(jìn)行1∶N備份,而不再采用集群技術(shù)中,將交換機(jī)集群分成命令交換機(jī)、成員交換機(jī)、備份交換機(jī)和候選交換機(jī)4種角色。

該方案采用多級(jí)分布式技術(shù)來保證軟件架構(gòu)的通用性。同時(shí),通過多激活檢測來維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠,其中包括基于雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測[9-10]、基于免費(fèi)地址解析協(xié)議和基于鏈路聚合協(xié)議[11]的分裂檢測。

3 縱向異構(gòu)方案介紹

3.1 方案描述

本文在IRF方案的基礎(chǔ)上提出了一種縱向異構(gòu)技術(shù)方案,該方案對(duì)匯聚層、接入層設(shè)備采用性能高低搭配方式進(jìn)行縱向整合。在物理拓?fù)浞矫?本文方案模擬分布式框式設(shè)備中接口板與主控板之間的連接關(guān)系,將每臺(tái)低端設(shè)備與IRF系統(tǒng)中的多臺(tái)成員設(shè)備進(jìn)行跨板互連,如圖1中的標(biāo)識(shí)符①所示。通過5個(gè)階段完成該異構(gòu)方案的拓?fù)浣ⅰＴ谏蠈訁f(xié)議控制方面,本文方案采用控制平面和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)平面完全分離的技術(shù),將 IRF系統(tǒng)中選舉出的Master作為異構(gòu)方案的控制設(shè)備,管理整個(gè)系統(tǒng)的上層協(xié)議,比如路由協(xié)議(包括 OSPF/IS-IS/RIP/ BGP)和標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議(包括LDP/RSVP-TE/BGP)。將學(xué)習(xí)后形成的路由信息表(RIB)、標(biāo)簽信息表(LIB)、路由轉(zhuǎn)發(fā)信息表(FIB)和標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)信息表(LFIB),下發(fā)到IRF系統(tǒng)中各成員設(shè)備。在本文方案中,所有成員設(shè)備均可作為業(yè)務(wù)板,進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。而低端設(shè)備性能較IRF成員設(shè)備低,本文方案假設(shè)其不具備獨(dú)立轉(zhuǎn)發(fā)能力,只參與端口關(guān)聯(lián)緊密的功能。因此,來自低端設(shè)備的業(yè)務(wù)將通過對(duì)原始報(bào)文進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)封裝,重定向到上層系統(tǒng)進(jìn)行決策轉(zhuǎn)發(fā);需要轉(zhuǎn)發(fā)到低端設(shè)備的業(yè)務(wù),需在上層系統(tǒng)進(jìn)行必要修改,在低端設(shè)備只需直接提取出端口地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

圖1 縱向異構(gòu)拓?fù)?/p>

3.2 方案實(shí)現(xiàn)

3.2.1 相關(guān)術(shù)語定義

本文方案將IRF方案中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理的主用主控板稱為主板MCB(Main Control Board),簡稱M;將用于對(duì)M中相關(guān)協(xié)議熱備份的備用主控板稱為備板BCB(Backups Control Board),簡稱B;而將只用于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)的低端交換機(jī)稱為業(yè)務(wù)板LPU (Line Processing Unit),簡稱L;將用于管理L的唯一邏輯單元的邏輯聚合組LAG(Logic Aggregation Group)稱為LA。li為本方案中第i塊業(yè)務(wù)板;lak為該方案中的聚合組k;slak為第k個(gè)聚合組的槽號(hào);rsli為第i塊業(yè)務(wù)板的運(yùn)行狀態(tài);crs為IRF與業(yè)務(wù)板槽號(hào)的臨界值。

3.2.2 拓?fù)錁?gòu)建

在本文方案中,L與M之間將通過配置、擴(kuò)展槽號(hào)請(qǐng)求、版本請(qǐng)求更新、L注冊(cè)、配置與轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)5個(gè)階段來完成異構(gòu)系統(tǒng)拓?fù)錁?gòu)建。并且每個(gè)L與IRF系統(tǒng)之間的異構(gòu)過程獨(dú)立,定期通過“hello”檢查報(bào)文來維護(hù)異構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定。低端設(shè)備li與IRF系統(tǒng)之間拓?fù)錁?gòu)建的過程如下:

(1)配置階段

該階段主要實(shí)現(xiàn)在M上對(duì)設(shè)備li進(jìn)行異構(gòu)配置。首先,本文方案利用LACP技術(shù)在IRF系統(tǒng)上創(chuàng)建一個(gè)邏輯聚合組lak。該聚合組將成為異構(gòu)系統(tǒng)管理設(shè)備li的唯一邏輯單元,其主要信息包括li的擴(kuò)展槽號(hào)slak、li運(yùn)行狀態(tài)rsli{on|off|loading},以及縱向聚合鏈路vl{slak/plak}。其次,對(duì)lak中的配置進(jìn)行初始化。1)動(dòng)態(tài)分配 slak:為統(tǒng)一管理異構(gòu)系統(tǒng),本文方案設(shè)置了槽號(hào)臨界值crs,當(dāng) slak大于 crs時(shí)的設(shè)備為L,否則為IRF成員設(shè)備。因此,用戶只需為lak中分配一個(gè)大于crs的唯一值即可。2)對(duì)lak進(jìn)行物理端口動(dòng)態(tài)綁定:例如,將如圖1中標(biāo)識(shí)符②,③,④所指端口加入到lak中。與IRF方案類似,本文方案也將擴(kuò)展槽號(hào)引入到端口中,以保證所有端口在異構(gòu)系統(tǒng)中唯一。同時(shí)加入到lak中的成員端口成為系統(tǒng)的內(nèi)部端口,只參與內(nèi)部報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā),外部鄰居不可訪問。因此,lak中的成員端口承載著 li與 IRF系統(tǒng)之間的全部流量轉(zhuǎn)發(fā)功能。3)rsli是該異構(gòu)系統(tǒng)對(duì)li學(xué)習(xí)的結(jié)果。rsli會(huì)隨著 li在系統(tǒng)中的不同階段而動(dòng)態(tài)改變。例如,li未加入異構(gòu)系統(tǒng)之前,rsli狀態(tài)為off,系統(tǒng)不對(duì)lak中的端口進(jìn)行業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)決策;反之,當(dāng)li成功加入該系統(tǒng),且未異常,則rsli狀態(tài)為on,并讓對(duì)應(yīng)lak中的端口采用內(nèi)部業(yè)務(wù)報(bào)文和配置報(bào)文的決策與轉(zhuǎn)發(fā)。

(2)請(qǐng)求與分配階段

本文方案在IRF系統(tǒng)平臺(tái)上可以運(yùn)行若干個(gè)lak,而在每個(gè)li上僅允許運(yùn)行一個(gè)laj。laj主動(dòng)向lak發(fā)送擴(kuò)展槽號(hào)slak請(qǐng)求直到li與IRF完成綁定。即當(dāng)在laj上完成對(duì)li的配置,并成功建立第一個(gè)鏈路后,li會(huì)定期從laj中選擇鏈路狀態(tài)為Block的端口通過上行鏈路向lak發(fā)送slak請(qǐng)求報(bào)文。若lak中接收到slak請(qǐng)求報(bào)文的端口來自主板M,則可直接按圖2進(jìn)行相應(yīng)的分配處理。而若來自備板B則需首先將該報(bào)文通過IRF互聯(lián)鏈路轉(zhuǎn)發(fā)給主板M,再進(jìn)行同樣處理。

圖2 槽號(hào)分配處理過程

(3)L版本加載階段

laj與lak建立映射后,li方可與M進(jìn)行最新版本信息交互。首先,li通過上行鏈路向M發(fā)送版本信息比較報(bào)文。待li收到M上擁有的最新li版本信息后,與自身保存的版本信息進(jìn)行比對(duì):若兩者一致,則li無需加載,自動(dòng)重啟,否則,li通過向M發(fā)送版本請(qǐng)求,更新本地版本信息,然后加載,加載完成確認(rèn)等交互,最后重啟完成li對(duì)M的版本加載。

(4)L注冊(cè)階段

li完成最新版本加載后,主動(dòng)向M響應(yīng)一次板熱插拔事件[12],M根據(jù)現(xiàn)有機(jī)制完成li在IRF系統(tǒng)中的注冊(cè)。

(5)配置下發(fā)階段

li完成在IRF系統(tǒng)上的注冊(cè)后,M會(huì)把li的當(dāng)前配置下發(fā)到li上。

任何li成功完成這5個(gè)階段后,均能夠動(dòng)態(tài)地加入到IRF系統(tǒng)中,并通過鏈路檢測機(jī)制來實(shí)時(shí)維護(hù)最新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)li離開IRF系統(tǒng)時(shí),由于本文方案具有超時(shí)機(jī)制,能夠主動(dòng)響應(yīng)一次板拔出事件,從而將slak從IRF系統(tǒng)中注銷。但仍然保留lai,且處于監(jiān)聽狀態(tài),并實(shí)時(shí)等待新的設(shè)備li加入。若lai被用戶主動(dòng)刪除,或者成員端口被解除綁定,則這些成員端口恢復(fù)到普通端口模式。

3.2.3 業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)

與IRF方案類似,本文方案中主板M會(huì)定期與外部鄰居進(jìn)行協(xié)議的狀態(tài)更新,從而獲得全網(wǎng)的實(shí)時(shí)路由信息。主板M將路由信息與必要二層網(wǎng)絡(luò)信息形成FIB、LFIB轉(zhuǎn)發(fā)表,最終下發(fā)到M和B管理的所有接口卡。而本文方案中的li主要是對(duì)M和B的端口進(jìn)行擴(kuò)展,成本低,但性能不及M和B。因此,假設(shè)li不具備獨(dú)立查表轉(zhuǎn)發(fā)能力,其業(yè)務(wù)需要通過“內(nèi)部通道”由上層決策。于是,本文方案增加了一種新的內(nèi)部報(bào)文頭,其格式如圖3所示。

圖3 業(yè)務(wù)報(bào)文封裝格式

業(yè)務(wù)流量轉(zhuǎn)發(fā)的決策過程如下:

當(dāng)li收到外部鄰居報(bào)文后,首先提取li中接收到報(bào)文的端口p和槽號(hào)slak,按照?qǐng)D3所示的內(nèi)部報(bào)文封裝格式,對(duì)原報(bào)文進(jìn)行封裝,然后通過縱向鏈路重定向到上層平臺(tái)lak進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)決策。當(dāng)上層lak收到來自li中聚合組laj的報(bào)文后,首先對(duì)報(bào)文進(jìn)行解包,獲取該報(bào)文的目的地址,然后進(jìn)行查表,若轉(zhuǎn)發(fā)表中存在,則按照轉(zhuǎn)發(fā)表的信息,將轉(zhuǎn)發(fā)出端口所在槽號(hào)slak、端口p以及類型進(jìn)行必要修改,重新封裝,通過“內(nèi)部鏈路”轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)設(shè)備。若不存在,則需將該內(nèi)部報(bào)文重定向到主板M進(jìn)行地址學(xué)習(xí),完成上述轉(zhuǎn)發(fā)決策,并將學(xué)習(xí)到的轉(zhuǎn)發(fā)表在所有備板B上進(jìn)行備份。當(dāng)li收到上層lak方向的報(bào)文后,首先對(duì)報(bào)文進(jìn)行內(nèi)部解包,提取類型和出端口,若為轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文,則直接將解后的報(bào)文從出端口轉(zhuǎn)發(fā),否則丟棄。

3.2.4 流量負(fù)載均衡

由于每個(gè)lai的成員端口都支持動(dòng)態(tài)LACP協(xié)議,因此成員端口之間都能夠承擔(dān)流量負(fù)載[12]。在聚合組lai中,首先每條鏈路的本端(Actor)與對(duì)端(Partner)能夠依據(jù)之前交互的聚合信息,建立起鏈路聚合控制狀態(tài)[13]。然后每條鏈路會(huì)周期性交互LACP數(shù)據(jù)報(bào)文來維護(hù)該鏈路的有效性。即聚合鏈路中的本端和對(duì)端雙方定期互相發(fā)送一次握手報(bào)文。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未收到對(duì)端的握手報(bào)文,則本文方案認(rèn)為該鏈路已斷開,無法繼續(xù)工作,需要將該鏈路狀態(tài)設(shè)置為阻塞狀態(tài),不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)鏈路選擇;否則該鏈路一直處于轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài),允許被選中為轉(zhuǎn)發(fā)鏈路。

同時(shí)本文方案采用更優(yōu)越的路徑選擇決策方法,保證流量在網(wǎng)絡(luò)鏈路上負(fù)載分擔(dān)。即對(duì)laj與lak之間的報(bào)文根據(jù)其類型和轉(zhuǎn)發(fā)方向(分為上行流量和下行流量)進(jìn)行不同的決策。當(dāng)來自li的上行流量報(bào)文時(shí),單播和組播采用特定Hash均衡算法,在laj中被選中的鏈路進(jìn)行流量均衡分配。轉(zhuǎn)發(fā)路徑如圖4中①,②,③的箭頭方向所示。當(dāng)來自M或者B的下行流量時(shí),若報(bào)文為單播,則對(duì)lak中成員端口采用本地轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先策略,避免通過IRF互連鏈路進(jìn)行跨設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā),占用橫向鏈路帶寬。若存在多條本地鏈路,則對(duì)這些鏈路進(jìn)行HASH選路,路徑如圖4中的④,⑤所示。若沒有本地鏈路,才通過IRF橫向聚合鏈路,繞道lak中的其他成員端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。若報(bào)文為組播時(shí),本文方案將在每個(gè)lai中選擇一條到對(duì)應(yīng)laj的最短鏈路進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)其中廣播和組播策略一致。

圖4 流量負(fù)載分擔(dān)

因此,本文方案采用LACP技術(shù)、基于報(bào)文類型和縱向鏈路流量方向的負(fù)載均衡策略,能確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)流量在縱向鏈路中負(fù)載均衡,同時(shí)降低了下行流量占用IRF系統(tǒng)橫向鏈路帶寬的機(jī)率。

4 性能分析

本文方案對(duì)IRF系統(tǒng)進(jìn)行縱向異構(gòu)的過程中,采用高低性能搭配、多級(jí)冗余設(shè)計(jì)、更優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)策略,從而使本文方案在可靠性、擴(kuò)展性與維護(hù)性等方面得到較大提高。

4.1 可靠性

一方面,由于IRF方案是把多臺(tái)物理設(shè)備虛擬成一臺(tái)邏輯設(shè)備,所有成員設(shè)備的端口都成為公共端口,因此本文方案將這些公共端口進(jìn)行跨板聚合[13]形成若干個(gè)邏輯聚合組 LA{la1,la2,…,lak,…},其中,每個(gè)lak中的所有成員端口都運(yùn)行LACP協(xié)議。例如,當(dāng)l1與IRF系統(tǒng)建立拓?fù)浜?圖5中的標(biāo)識(shí)符①,②,③所指鏈路將捆綁成一條邏輯鏈路。只有當(dāng)該邏輯鏈路中第一條鏈路建立或最后一條鏈路釋放時(shí),才需要進(jìn)行對(duì)整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)l2/l3重收斂計(jì)算和對(duì)FIB、LFIB表更新,這種鏈路冗余設(shè)計(jì)方式減少了因?yàn)槟硹l物理改變導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲赜?jì)算頻率,使業(yè)務(wù)能夠不中斷轉(zhuǎn)發(fā)的概率得到顯著提高。而在現(xiàn)有的方案中,每個(gè)li都作為交換網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn),圖中標(biāo)識(shí)符①,②,③所指向鏈路作為交換網(wǎng)絡(luò)中的生成樹被選動(dòng)態(tài)橋段之一,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中任何一條鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),均需通過生成樹協(xié)議進(jìn)行重收斂計(jì)算,找出最佳生成樹,降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性。另一方面,在整個(gè)異構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,主板M會(huì)將本文方案中的運(yùn)行協(xié)議配置信息、支撐協(xié)議的運(yùn)行數(shù)據(jù)(比如狀態(tài)機(jī)或者會(huì)話表項(xiàng)等)以及轉(zhuǎn)發(fā)表,在每個(gè)備板B上進(jìn)行1∶N協(xié)議熱備份[14]。這種備份設(shè)計(jì)能夠在主板M出現(xiàn)故障時(shí),根據(jù)IRF的主備倒換技術(shù)快速從備板B中選出新的主板M接管故障設(shè)備;在備板B出現(xiàn)故障時(shí),僅需對(duì)故障設(shè)備上業(yè)務(wù)快速切換到其他非故障設(shè)備;在有新lk加入時(shí),主板M能快速下發(fā)相關(guān)配置,使其正常運(yùn)行,從而保證了該異構(gòu)系統(tǒng)在協(xié)議層面更可靠。因此,本文方案的多冗余設(shè)計(jì)有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖5 多級(jí)冗余設(shè)計(jì)

4.2 擴(kuò)展性

由于本文方案中低端交換機(jī)只運(yùn)行與端口相關(guān)的功能,其他配置與業(yè)務(wù)決策管理均由處理能力更強(qiáng)的上層交換機(jī)實(shí)現(xiàn),因此能夠?qū)Ω嗟牡投嗽O(shè)備進(jìn)行異構(gòu),有效解決了IRF系統(tǒng)端口擴(kuò)展受限的不足。如下所示,可計(jì)算出該方案(交換網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn))能提供的端口數(shù):

其中,N表示該方案提供的端口總數(shù);Npl3表示支持IRF方案的一臺(tái)三層交換機(jī)端口數(shù)量;Nl3為三層交換機(jī)的數(shù)量;Npl2為一臺(tái)作為li的二層交換機(jī)端口數(shù)量;Nl2為二層交換機(jī)的數(shù)量;Ali為設(shè)備li上聚合成員端口的總數(shù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn),得到如表1所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 最佳異構(gòu)匹配實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和N的計(jì)算公式可以得到本文方案與其他2種方案單個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)端口擴(kuò)展能力對(duì)比情況,如圖6所示。結(jié)果顯示,本文方案在端口擴(kuò)展方面比其他2種方案具有明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也注意到擴(kuò)展并不是理論上的線性關(guān)系,其原因主要是隨著業(yè)務(wù)板的增多,整個(gè)系統(tǒng)處理負(fù)載加重。

圖6 單個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)端口擴(kuò)展性比較

4.3 維護(hù)性

在大交換網(wǎng)絡(luò)中,可以根據(jù)本文方案端口擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì),采用最佳數(shù)量比的低端交換機(jī)和處理能力較強(qiáng)的交換機(jī)進(jìn)行異構(gòu)來構(gòu)建整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)。通過表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和N的計(jì)算公式模擬在大交換網(wǎng)絡(luò)中提供相同數(shù)量的端口時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)和高低端設(shè)備組成情況,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7和圖8所示。圖7的結(jié)果顯示,在大交換網(wǎng)絡(luò)中,提供相同端口本方案邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)低于其他2種方案,特別是網(wǎng)絡(luò)中需提供端口數(shù)量越多,效果越明顯;圖8的結(jié)果顯示,在大交換網(wǎng)絡(luò)中,本文方案低端設(shè)備占設(shè)備總數(shù)的比例也是隨著端口的增加而增大(如圖8中從上向下第2條線所示),而其他2種方案只能采用處理能力較強(qiáng)的設(shè)備(如圖8中從上向下第1條線所示,2個(gè)方案線條重合,而低端設(shè)備數(shù)始終為零,2條線橫坐標(biāo)軸上重合)。這大大降低了構(gòu)建同等級(jí)網(wǎng)絡(luò)的成本。

圖7 交換網(wǎng)中相同數(shù)量端口的管理節(jié)點(diǎn)數(shù)比較

圖8 交換網(wǎng)絡(luò)中的各層設(shè)備數(shù)量

5 結(jié)束語

本文采用跨板鏈路聚合和網(wǎng)絡(luò)集中控制決策技術(shù),將2種不同性能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備縱向異構(gòu)成一臺(tái)邏輯設(shè)備,大大降低整個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)中的邏輯節(jié)點(diǎn)數(shù),簡化后期維護(hù)和網(wǎng)絡(luò)管理,同時(shí)明顯改善了端口擴(kuò)展性。隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理能力的提高,今后還需解決業(yè)務(wù)板本地業(yè)務(wù)本地化管理的問題,緩解上層系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。

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編輯 任吉慧

A Longitudinal Heterogeneous Scheme Based on Intelligent Resilient Framework

ZHANG Yu-fang1,CHEN Guang-li1,XIONG Zhong-yang1,YAN De-han2
(1.College of Computer Science,Chongqing University,Chongqing 400044,China;
2.Research Institute of Beijing,H3C Technologies Co.,Ltd.,Beijing 100080,China)

Aiming at the existing problems in the current network infrastructure,which have complex design,limited port expansion and high maintenance costs.This paper proposes a longitudinal heterogeneous technology scheme based on Intelligent Resilient Framework(IRF)virtualization technology.This scheme virtualizes several low-end switches and IRF system into a single logical device.On one hand,the numbers of ports of the logic device are increased,meanwhile it is sampler to manage for big switching network.On the other hand,the scheme reduces the cost of building big switching network.In the plane of network topology,multiple longitudinal links between low-end switch and IRF system are bound to a logic link by LACP technology,and the traffic can be balanced sharing among them.In the plane of protocol control, the system control and management pane of the low-end switch is shifted up,and it is centrally controlled and decided by IRF system.Finally,the paper analyzes the reliability,traffic load balancing,expansion and maintenance with the existing schemes.Experimental results show the scheme can solve the shortcomings of the existing schemes,and enhance the port density with lower costs.

Intelligent Resilient Framework(IRF);longitudinal heterogeneous;low-end switch;balanced sharing; reliability;port density

1000-3428(2014)09-0096-06

A

TP393.02

10.3969/j.issn.1000-3428.2014.09.020

張玉芳(1956-),女,教授、博士,主研方向:數(shù)據(jù)挖掘,網(wǎng)絡(luò)入侵檢測;陳光禮,碩士研究生;熊忠陽,博士;嚴(yán)德汗,碩士。

2013-09-02

2013-11-08E-mail:pzhcgl@163.com