校園網IP虛擬化設計方案與系統性能分析

游柏榮

摘要：針對目前校園網IP存在的問題，文章提出了校園網IP虛擬化設計方案，設計研究了IRF技術方案，最后對其包含MAC地址容量、端口突發緩存容量及轉發能力、N：1虛擬化等系統性能進行了測試分析。結果表明IRF能夠滿足各項要求，同時保持較好的系統性能，能夠很好地實現校園網IP虛擬化。這為之后的校園網IP虛擬化技術的應用奠定了科學理論基礎。

關鍵詞：校園網IP；虛擬化技術；IRF技術

隨著“數字化校園”網絡的建立和應用，計算機、移動接入端的不斷增加，涉及教學、科研、服務各個方面，校園網規模的不斷擴大對信息化的依賴也逐步增加，網絡結構依附校園信息化的快速發展也逐漸復雜化。學校數據中心的規模也隨著數據大集中持續發展而逐步擴大，對二層網絡的區域范圍要求逐步擴大。校園網IP隨著信息化數字化的迅速發展逐步暴露出流量倍增、IPv4地址枯竭及缺乏安全等問題，另外還擁有系統性能差及缺乏足夠端口等缺點+2]，因此亟待運用新方法處理其各種難題。虛擬交換機技術擁有相當可觀的轉發能力及端口容量，同時還擁有相對較高的可靠性，將其運用到IP校園網，能夠在很大程度上處理其面臨的各種難題[3_4]。因此本文研究了IP城域網虛擬化設計方案及其系統性能。

1 理論依據

智能彈性架構（IntelligentResilientFramework，IRF）是H3C公司融合高端交換機的技術，在中低端交換機上推出的創新性建設網絡核心的新技術。IRF是一種網絡架構虛擬化技術，可以將多臺物理設備（一般指交換機）互連形成一個聯合矩陣。無論在管理還是在應用層面上，將被視為一個整體。它不但可以解決兩臺或多臺設備上端口管理、編號的問題，簡化業務和管理工作，還可以解決物理設備上的文件同步、傳統二層冗余技術與路由技術協同的問題。其具備高可靠性、高擴展性、易用性、可管理性，實用性等特點。

2 虛擬化設計方案

在數據量的持續升高的狀況下，引入功能強大的IRF虛擬技術[5]，能夠直接應用在某特定場景，其拓撲架構如圖1所示。

IRF堆疊把若干盒式設備經過堆疊口完成連接構成一臺虛擬設備，這在很大程度上縮小了管理工作量及維護成本，同時還擁有相對很好的擴展及安全性，其線纜連接順序如圖2所7K。

IRF的連接形式如表1所示。

分別設置設備DEVICEA及B，如表2所示。

通常情況下系統中擁有很多設備，致使IRF會出現系統分裂而導致多臺配置一致的設備持續運轉，若不解決將導致網絡沖突現象出現。虛擬交換機對外運用橋MAC，以至于如果出現分裂將致使其他非Master儀器維持原始橋MAC從新擇取舉Master以完成MAC學習。IRF運用橋MAC處理形式致使其組網更加簡便，其形式包含：（1）MAC依Master去掉后立即改變；（2）保留6mm后改變；（3）始終不變。

IRF堆疊分裂后為防止配置一致的儀器出現網絡沖突，其完成多活性檢測（Multi-ActiveDectection，MAD）、鏈路匯聚控制協議（LinkAggregationControlProrocol，LACP）及雙向轉發檢測（BidirectionalForwardingDectection，BFD）[6]等協議以完成監測及沖突處理，其配置如表3所示。

在LACP協議中，IRF經過添加MasterD完成擴展，IRF分裂后，LACP及BFD都能夠經過MasterD完成對儀器的處理。如果檢測到若干具有配置一致的儀器時，相對小的MasterD將持續運轉，而大的MasterD其狀態會由Active改變至Recovery即關掉全部非保留物理端口。運用日志完成提示修復發生故障的鏈路，恢復IRF以確保每個端口重新正常運轉。

3 性能測試分析

3.1 基本性能測試

測試MAC地址表最大容量及GE端口突發緩存容量，其單端口MAC地址要不能低于64K及各端口緩存能力大于100ms，其測試結果如圖3—4所示。端口轉發能力測試完成PairtoPair吞吐量、時延及其抖動，報文長度覆蓋及時長分別是64/128/256/512/1024/1518字節及120s，其測試結果如圖5所示。

根據圖3能夠獲知，源MAC及目的MAC地址計數均是128000，表明IRF單端口MAC地址容量是128K。

根據圖4能夠獲知，IRF對相異大小的流量緩存容量分別是：64字節：T64=1765549/1488095=1.186s；256字節：T256=1763607/452899=3.894s〇

根據圖5能夠獲知，IRF各種包長度的報文都可完成線速轉發，且其時延結果正常。

綜上所述，IRF的基本性能參數均能夠達到要求。

3.2 虛擬化性能測試

測試N：1虛擬化技術，其拓撲結構如圖6所示

DUT-1及DUT-2經過兩條鏈路構建堆疊，將其虛擬為一臺儀器，完成兩臺DUT的端口配置，于測試儀接口及B之間組建100000條流量，同時進行雙向線速流量完成其接口接收報文統計。通過插拔虛擬化設備主控板以完成丟包統計及其流量丟包數運算，其測試結果如圖7所示。

根據圖7能夠獲知，其能夠確保流量無丟失，同時很好地完成流量負載分擔。

4 結語

本文設計了IRF技術實現校園網IP虛擬交換機系統方案，對其包含MAC地址容量、端口突發緩存容量及轉發能力、N：1虛擬化等系統性能進行了測試分析，其結果表明IRF能夠滿足各項要求，同時保持較好的系統性能，能夠很好地實現P虛擬化。通過智能彈性框架IRF技術，是對傳統校園網絡架構的一場變革，它比原有堆疊技術能更好地兼容己經非常成熟的網絡特性，能夠更穩定、快速、高效地解決現今校園網出現的問題。

[參考文獻]

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[3]謝高崗.IP網絡性能測量技術研究[D].長沙：湖南大學，2002.

[4]孫江明.寬帶IP城域網測試與網絡混合流的特性分析[D].北京：中國科學院研究生院（計算技術研究所），2002.

[5]黃石平，謝健，闞宏宇.IRF虛擬化技術在網絡中的應用研究[J].實驗技術與管理，2014（11）：124-126.

[6]張龍江，翟曉新，王蓓敏丄ACP與BFD技術助力寬帶鏈路檢測與保護[J].山東通信技術，2015（1）：18-20.endprint