网络的弹性与非弹性

网络的弹性与非弹性
——华为3Com智能弹性架构纵深谈

　　网络核心历来是网络建设的重中之中，一个坚固的核心通常要求具有“三高”——高可用性、高可扩展性和高可靠性。

　　华为3Com最近提出的智能弹性架构为核心网的建设，

　　提出了一套符合三高原则的解决方案。

　　IRF（Intelligent Resilient Framework），即智能弹性架构，是华为3Com公司推出的创新性建设网络核心的新技术。它将帮助用户设计和实施高可用性、高可扩展性的千兆以太网核心和汇聚主干。

　　运用IRF技术，可以将多台千兆三层交换机互联在一起，形成分布式交换架构，并作为一个逻辑交换实体运行。

　　支持IRF的多台交换设备可以互相连接起来形成一个“联合设备”，我们将这台“联合设备”称为一个fabric，而将组成fabric的每个设备称为一个unit。多个unit组成fabric后，无论在管理还是在使用上，就成为了一个整体。也就是说，用户可以将这多台设备看成单一设备进行管理和使用。这样既可以通过增加设备来扩展端口数量和交换能力，同时也通过多个unit之间的相互备份增加了整个fabric的可靠性。

　　和传统的堆叠技术相比，IRF是一种更为增强的堆叠技术，在多方面进行了创新或增强，除了可以做到扩展端口、统一管理之外，IRF在高可靠性、冗余备份方面比照传统堆叠有了很大的提高。IRF技术可以容许全局范围内的跨设备链路聚合，提供了全面的链路级保护。同时IRF技术实现了跨设备的三层路由冗余，可以支持多种单播路由协议、组播路由协议的分布式处理，真正实现了多种路由协议的热备份技术，这些方面都是传统堆叠技术难以做到的。尤其是单播路由协议和组播路由协议的热备份技术，在业界一直都是一个难题，IRF技术的出现对高可靠性提出了全新的解决方案。此外，IRF技术实现了二层协议在fabric内的分布式运行，提高了堆叠内unit的利用率和可靠性，减少了设备间的协议的依赖关系。

　　具体来说，IRF主要包括3个技术方面：DDM、DRR和DLA。

　　DDM（分布式设备管理）：在外界看来，整个fabric是一台整体设备。用户可以通过CONSOLE、SNMP、TELNET、WEB等多种方式来管理整个fabric。

　　DRR（分布式冗余路由）：fabric的多个设备在外界看来是一台单独的三层交换机。整个fabric将作为一台设备进行路由功能和二三层转发功能。单播路由协议和组播路由协议分布式运行并完全支持热备份，在某一个设备发生故障时，路由协议和数据转发都不会中断。

　　DLA（分布式链路聚合）：支持跨设备的链路聚合，可以在设备之间进行链路的负载分担和互为备份。

　　IRF优势所在

　　高可靠性

　　随着网络规模的不断发展和应用范围的日益广泛，网络设备的可靠性变得越来越重要，IRF技术的出现将给高可靠性以全新的阐释。

　　一个IRF设备，是由多个支持IRF特性的单机设备堆叠而成的。由于支持分布式设备管理（DDM）、分布式弹性路由（DRR）、分布式链路聚合（DLA）等功能，使得一个IRF设备内部的任何一个单机设备的故障，都不会影响到整个IRF设备的功能。IRF技术本身就避免了单点故障的发生，不需要在组网设计上再使用其它的设备作冗余备份，从而实现了使用更低的成本和更简化的组网设计得到更可靠的网络。

　　冗余备份

　　IRF技术实现了1：N的冗余备份。

　　所谓1：N的冗余备份，就是在fabric内一台设备出现故障的时候，其它设备可以照常运行并迅速接管故障设备的功能。此时，域内路由协议不会随之出现中断；通过跨越设备的聚合，通信链路也得到了完善的保护；转发流量和大部分业务都不会出现中断。

　　fabric内的任何unit都可以作为fabric的主设备，完成fabric的转发表的下刷、配置命令的下发等工作。当fabric内被选举的主设备发生故障，就会在fabric内剩余的unit中重新选举一台unit作为新的主设备运行，继续承担fabric的工作。

　　IRF的分布式弹性路由

　　链路的备份

　　分布式的聚合技术进一步消除了聚合设备单点失效的问题，提高了聚合链路的可用性。由于聚合成员可以位于系统的不同设备上，这样即使某些成员所在的设备整个出现故障，也不会导致聚合链路完全失效，其它正常工作的unit会继续管理和维护剩下的聚合端口的状态。这对于核心交换系统和要求高质量服务的网络环境意义重大。

　　IRF转发性能特写

　　分布式转发

　　fabric内的设备通过堆叠口连接在一起，堆叠的连接方式可以是多种多样的：串行连接、环形连接以及星型连接。

　　如果采用环形连接，而且报文需要从fabric内其它unit转发出去，那么收到报文的unit一般会有两条路径选择将报文转发到出端口所在的unit上。IRF在进行转发时，会选择一条距离出端口所在unit最近的路径转发。这种最短路径的转发方式，比起单向的转发，不仅效率高，而且可以起到负载分担的作用。

　　IRF技术完全实现了报文的分布式转发，无论是二层报文交换，还是三层报文的路由，都能够做到分布式转发。分布式的转发最大限度地利用了fabric内unit的带宽。

　　二层转发

　　在fabric内每台unit上，有足够的二层转发表项，指导报文在本地完成交换，而无需再经过第三方的处理。当fabric内一台unit接收到转发报文，通过查找自己的二层转发表，就可以得到转发的出端口，这个端口可以是本地端口，也可以其它unit上的端口。如果出端口是本unit上的端口，则直接交换出去；如果是其它unit上的端口，则通过堆叠口转发到相应的unit上，再交换出去。但是无论端口是在本地，还是在其它unit上，转发过程只需要一次查询二层转发表，就可以被交换出去。

　　在fabric内任何unit接收到转发报文，都会在本unit上进行源MAC地址学习，就像其它任何交换机所作的一样；但是，无论fabric内有多少台设备，IRF交换机必须表现的像一台交换机在工作一样，那么，在一台unit上学习的二层转发表项，fabric内的其它unit也必须有，否则，报文就会在VLAN内广播。为了实现fabric内二层分布式转发，而且IRF内的交换机表现的象一台设备一样，当一台unit新学习到MAC表项以及用户配置的MAC表项，都需要同步到fabric内的其它设备上。当fabric发生变化，例如加入一台新的unit，新的unit需要获取原fabric的转发表项，同时将自己的转发表项同步到原fabric内。如果有unit离开，则需要把和此unit相关的表项从fabric内删除掉。