虚拟化数据中心的大二层技术

在虚拟化数据中心里，一台物理服务器被虚拟化为多台逻辑服务器，被称为虚拟机VM，每个VM都可以独立运行，有自己的OS、APP，在网络层面有自己独立的MAC地址和IP地址。而VM动态迁移是指将VM从一个物理服务器迁移到另一个物理服务器，并且要保证在迁移过程中，VM的业务不能中断。

为了实现VM动态迁移时，在网络层面要求迁移时不仅VM的IP地址不变、而且运行状态也必须保持(例如TCP会话状态)，这就要求迁移的起始和目标位置必须在同一个二层网络域之中如图一所示。

图一VM动态迁移

所以，为了实现VM的大范围甚至跨地域的动态迁移，就要求把VM迁移可能涉及的所有服务器都纳入同一个二层网络域，这样才能实现VM的大范围无障碍迁移。

这就是大二层网络的需求由来，一个真正意义的大二层网络至少要能容纳1万以上的主机，才能称之为大二层网络。

而传统的基于VLAN+xSTP的二层网络，由于环路和广播风暴、以及xSTP协议的性能限制等原因，通常能容纳的主机数量不会超过1K，无法实现大二层网络。

当前，实现大二层网络的主要技术有以下几种：

1. 网络设备虚拟化技术

网络设备虚拟化是将相互冗余的两台或多台物理网络设备组合在一起，虚拟化成一台逻辑网络设备，在整个网络中只呈现为一个节点如图二所示。

CSS技术应用分析

华为的CSS框式堆叠、iStack盒式堆叠、SVF框盒堆叠技术等。

图二基于CSS构建的二层网络

网络设备虚拟化再配合链路聚合技术，就可以把原来网络的多节点、多链路的结构变成逻辑上单节点、单链路的结构，解决了二层网络中的环路问题。没有了环路问题，就不需要xSTP，二层网络就可以范围无限(只要虚拟网络设备的接入能力允许)，从而实现大二层网络。

IRF技术应用分析

H3C IRF(Intelligent Resilient Framework)是N:1网络虚拟化技术。IRF可将多台网络设备(成员设备)虚拟化为一台网络设备(虚拟设备)，并将这些设备作为单一设备管理和使用。

IRF虚拟化技术不仅使多台物理设备简化成一台逻辑设备，同时网络各层之间的多条链路连接也将变成两台逻辑设备之间的直连，因此可以将多条物理链路进行跨设备的链路聚合，从而变成了一条逻辑链路，增加带宽的同时也避免了由多条物理链路引起的环路问题。如图三所示，将接入、汇聚与核心交换机两两虚拟化，层与层之间采用跨设备链路捆绑方式互联，整网物理拓扑没有变化，但逻辑拓扑上变成了树状结构，以太帧延拓扑树转发，不存在二层环路，且带宽利用率最高。

图三 基于IRF构建二层网络

简单来说，利用IRF构建二层网络的好处包括：

简化组网拓扑结构，简化管理

减少了设备数量，减少管理工作量

多台设备合并后可以有效的提高性能

多台设备之间可以实现无缝切换，有效提高网络HA性能

目前，IRF技术实现框式交换机堆叠的窬量最大为四台，也就是说使用IRF构建二层网络时，汇聚交换机最多可达4台。

2. 大二层转发技术

大二层转发技术是通过定义新的转发协议，改变传统二层网络的转发模式，将三层网络的路由转发模式引入到二层网络中。例如TRILL、SPB等。

以TRILL为例，TRILL协议在原始以太帧外封装一个TRILL帧头，再封装一个新的以太帧来实现对原始以太帧的透明传输，支持TRILL的交换机可通过TRILL帧头里的Nickname标识来进行转发，而Nickname就像路由一样，可通过IS-IS路由协议进行收集、同步和更新。

3. Overlay技术

Overlay技术是通过用隧道封装的方式，将源主机发出的原始二层报文封装后在现有网络中进行透明传输，从而实现主机之间的二层通信。通过封装和解封装，相当于一个大二层网络叠加在现有的基础网络之上，所以称为Overlay技术。

Overlay技术通过隧道封装的方式，忽略承载网络的结构和细节，可以把整个承载网络当作一台“巨大无比的二层交换机”， 每一台主机都是直连在“交换机”的一个端口上。而承载网络之内如何转发都是 “交换机”内部的事情，主机完全不可见。