其他分享
首页 > 其他分享> > 云数据中心网络虚拟化——大二层技术巡礼之控制平面多虚一

云数据中心网络虚拟化——大二层技术巡礼之控制平面多虚一

作者:互联网

08ad3c4a0dd31123c11f89f8b3255140.jpeg

控制平面多虚一,指的是将两台或者多台设备的资源(包括操作系统、转发实例、转发表、端口等)进行整合,对外表现为一台逻辑设备,以Cisco VSS,Huawei CSS和H3C的IRF为代表,后来Cisco又推出了vPC技术作为对VSS的升级(虽然vPC已经很难说是控制平面多虚一技术了)。其实在这些技术中,除了转发实例、转发表这些转发逻辑层面的资源以外,端口这些数据平面的资源都被连带着整合了,因此又称“虚拟机框”技术。为了方便起见,以下就称为“虚拟机框”技术了。


这类技术和堆叠技术,感觉应该本质上是一回事,不过堆叠设备必须要落在一起,要通过专门的堆叠口、堆叠线进行连接,而“虚拟机框”设备间则可以通过线卡上的端口进行以太网的连接,距离能拉的很远。

几台设备搞成一台,好处是很多的。第一,简化了运维,以前几台设备各配各的配置,复杂不说还容易出错,堆叠后管理员配一次就都OK了。第二,高可用性,每台设备里面都有引擎,一台坏了能够自动倒换,也就省去了HSRP这些麻烦事。第三点,也是最重要的是,“虚拟机框”技术在提供端口冗余的同时,能够避开STP,除了网管心头的一个大害。这类技术典型的组网场景如下图右侧所示:

图片
1)VSS

VSS是Cisco Catalyst 6500系列交换机推出的虚拟机框技术,支持对两台6500设备以主备模式进行整合。其中主用交换机中的引擎负责这个逻辑设备的转发决策,形成转发表,而备用交换机不断地同步相关信息,不进行学习和计算。而主备用设备的线卡都是分布式的,同时进行数据的转发。VSS主要有以下技术点:

虽然VSS只允许两台物理设备的虚拟化,不过通过虚拟设备间的互联仍可进一步简化核心网的拓扑。如下图所示,图中汇聚层和核心层均使用了VSS技术,保证高可用性的同时形成了一个天然无环的拓扑结构。

图片

2)CSS/IRF 2

CSS、IRF 2分别是华为、华三私有的“虚拟机框”技术。CSS的前身是iStack,iStack通过堆叠方式支持盒式设备的多虚一,而CSS支持对框式设备的多虚一。IRF 2的前身是IRF 1,IRF 1通过堆叠方式支持盒式设备的多虚一,而IRF 2同时支持盒式设备/框式设备的多虚一。CSS/IRF 2和VSS的基本原理和组网架构如出一辙,也就是换换名称而已,对比如下。

图片另外,相比于VSS只支持两台设备的虚拟化,CSS和IRF 2都支持1:N的主备用模式,能够提供更高的可靠性。从目前能够找到的资料来看,CSS和IRF 2最多都能支持4台框式交换机,或者9台盒式交换机的虚拟化。其实,Cisco最开始设计VSS时,也准备支持1:N模式,但是后来由于Cisco的控制平面多虚一的技术路线演化为了vPC,因此也就不了了之了。

3)vPC

Cisco在Nexus系列交换机中摒弃掉VSS,推出了 vPC( virtual Port-Channel)特性。前面说过VSS/IRF是整机级别的虚拟化, 而vPC则是接口级的虚拟化,其实就是实现了VSS中的跨设备链路聚合。因此在vPC中只需要对成员接口进行链路聚合相关的信息同步即可,不需要对整机进行状态同步。下图中其中vPC对应MEC,Peer-Link对应VSL,CFS Protocol对应VSLP ,Peer-Keepalive Link对应VSLP Fast Hello。

图片

下面通过一个二层转发的实例来介绍vPC的工作原理,其中左图为ARP请求的泛洪过程,右图为ARP应答,假设SW1 port 11,SW2 port 21属于vPC 1,SW1 port12,SW2 port 22属于vPC 1。SW1通过port 11上收到ARP请求,之后在vpc link和port 12上进行泛洪。SW 2收到该ARP请求后,判定port 21与port 22与SW 1中的一些端口进行了vPC绑定,因此不会从这两个端口进行转发。同时SW 1通过CFS消息告诉SW 2 MAC_A接在vPC 1上。当SW 2通过port 22收到ARP应答后,查找MAC地址表,得知目的地址为MAC_A的帧应该向vPC 1的成员端口转发,于是通过port 21转发给SW 3,同时通过CFS告知SW 1 MAC_B接在vPC 2上。之后的通信得以按照学习到的信息进行转发。

图片图片
对外来看,实现vPC的设备还是两台设备(就目前找到的资料来看,vPC也只支持2台设备的虚拟化),管理上还是要分开配置,两台设备的转发实例、转发表等都是独立的,STP、HSRP这些协议也还需要启用(vPC针对HSRP有一些改进)。可以说,vPC网络是单数据平面,双控制平面的。当然了,这也意味着vPC设备的引擎是双活的,就这一点来说vPC比VSS要好一些。不过,从复杂度来讲vPC没有VSS这类技术好。vPC与VSS简单对比如下。

图片
控制平面多虚一技术发展了很多年,其技术已经较为成熟稳定,在数据中心中得到了广泛的部署。从最初的堆叠到“虚拟机框”,在一定程度上解除了地理位置的限制,但是走分布式协议来进行整机状态的同步,终究还是会对部署规模有一定的制约。虽然CSS/IRF 2都支持4台框式交换机的虚拟化,但估计也很难再往上提高了。另外,扩大部署规模还可以通过虚拟设备间的互联,不过本节提到的技术都是私有的,各家设备不能混合组网,属于技术以外隐形的约束。而近年来,隧道的数据平面虚拟化技术的发展,则为数据中心提供了几乎无限的可扩展性,“虚拟机框”的技术面临着极大的挑战。跨设备链路聚合,除了Cisco的vPC一台,Arista也有个类似的技术MLAG,其核心原理和vPC如出一辙,这里就不再赘述了。


标签:VSS,虚拟化,技术,vPC,转发,多虚一,巡礼,IRF,设备
来源: https://blog.51cto.com/u_15127681/2821380