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        虛擬交換技術的組網(wǎng)應用

        2013-10-16 12:01:30皇甫一江
        計算機與網(wǎng)絡 2013年12期
        關鍵詞:故障

        皇甫一江

        (中國人民解放軍海軍裝備部北京100841)

        1 引言

        長久以來,網(wǎng)絡設計者為了使網(wǎng)絡基礎設施能夠在各種故障的情況下盡可能地保持網(wǎng)絡的運行,通常采用在網(wǎng)絡的各個層次部署多條冗余/負載均衡鏈路和設備的設計方法,同時為了使這些冗余的設備和鏈路在出現(xiàn)故障時能夠及時地發(fā)揮作用,設計了RSTP,HSRP和VRRP等保護性協(xié)議。

        這種保護協(xié)議控制冗余鏈路和設備的方式雖然可行,但是卻有許多的不足,這主要是由于目前絕大多數(shù)冗余保護性協(xié)議采用主/備工作方式,這種方式使網(wǎng)絡的有效利用率只能達到50%,造成了較大的浪費。

        目前網(wǎng)絡冗余設計的另一個不足之處是網(wǎng)絡中被管理網(wǎng)元數(shù)目的成倍增加,不論網(wǎng)絡管理者采用何種方式來管理網(wǎng)絡設備,同樣的配置和策略的下發(fā)都需要重復至少2次[1],而虛擬交換技術可以將其簡化。

        2 簡化運維管理

        虛擬交換技術是一種網(wǎng)絡虛擬化技術,可以將多臺核心系列交換機組合為一臺虛擬交換機,多臺物理的交換機在統(tǒng)一的虛擬化管理下,同時轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),并且控制平面相互備份。簡化起見,針對2臺核心交換機的虛擬化進行分析[2],如圖1所示。

        圖1 虛擬交換技術概念示意圖

        2臺核心交換機虛擬成一臺以后,下級交換機分別上聯(lián)到2臺核心交換機的鏈路可以簡單的使用以太網(wǎng)通道技術捆綁成一條邏輯鏈路,而如果沒有虛擬化則需要采用相對復雜的多種技術實現(xiàn)2條上聯(lián)鏈路的熱備和負載均衡,虛擬交換組網(wǎng)如圖2所示。

        圖2 虛擬交換組網(wǎng)方式

        可見采用虛擬交換技術VSS可以從以下幾個方面極大的簡化網(wǎng)絡運維,使整個網(wǎng)絡的運維工作量和復雜度遠遠小于傳統(tǒng)構架的網(wǎng)絡[3,4]:

        ①VSS技術屏蔽了2臺物理的交換機細節(jié),無需再對2臺核心交換機配置、調(diào)試、維護,僅需對一臺虛擬的交換機進行即可;

        ②無需運行傳統(tǒng)雙核心必須的HSRP、VRRP、STP等協(xié)議;

        ③下級交換機或服務器通過以太網(wǎng)通道技術EtherChannel(802.3ad或PAgP)捆綁2條上聯(lián)鏈路,非常簡單。

        3 提高網(wǎng)絡容錯和故障恢復能力

        網(wǎng)絡將承載ERP、呼叫中心等重要信息系統(tǒng),因此,網(wǎng)絡不僅要可用,而且要高可用,必須具有強大的網(wǎng)絡容錯和故障恢復能力。除了傳統(tǒng)的設備硬件冗余、鏈路冗余、動態(tài)路由協(xié)議外,通過虛擬交換技術VSS還能提供更高的網(wǎng)絡容錯和故障恢復能力。

        傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構中,如果接入交換機上聯(lián)鏈路出現(xiàn)故障,在該鏈路傳輸?shù)腣LAN將切換到另外一條鏈路上傳輸,由于需要多個協(xié)議,如生成樹協(xié)議、動態(tài)路由協(xié)議等共同作用,切換時間一般為幾秒至幾十秒,終端用戶將會感知,甚至導致應用中斷,尤其是語音和視頻的應用[5]。

        但是在VSS網(wǎng)絡構架下,由于2條上聯(lián)鏈路是通過以太網(wǎng)通道捆綁的,一條鏈路中斷后,以太網(wǎng)通道技術可以在200 ms甚至更短的時間內(nèi)將所有數(shù)據(jù)切換到另外一條鏈路傳輸,幾乎不丟失數(shù)據(jù)包,而且無需任何其他協(xié)議參與,終端用戶不會感知,語音和視頻等應用也不會中斷。

        在單臺核心交換機完全故障時,情況和單條鏈路中斷類似,VSS虛擬交換技術同樣可以把網(wǎng)絡恢復時間從幾秒至幾十秒縮短至最短200m s。總結(jié)來說,虛擬交換技術VSS可以在以下方面大大增強網(wǎng)絡容錯和故障恢復能力:①鏈路和核心設備故障時無需路由協(xié)議和生成樹協(xié)議等收斂即可進行網(wǎng)絡故障恢復;②通過以太網(wǎng)通道技術可以將跨核心交換機的冗余鏈路進行捆綁,在鏈路層即可實現(xiàn)網(wǎng)絡容錯和快速故障恢復;③鏈路和核心設備故障時可以快速故障恢復,幾乎不丟包;④VSS使得網(wǎng)絡簡化,更有利于管理員的故障排查。

        4 性能的提高

        網(wǎng)絡的性能不僅取決于各個節(jié)點設備的性能,更多的時候取決于鏈路、多條鏈路的負載均衡和服務器連接等設計。其中,服務器的接入和匯聚/接入交換機的上聯(lián)鏈路是最容易成為性能瓶頸的部分[6]。采用VSS虛擬交換技術,可以使得服務器的接入以及交換機的上聯(lián)鏈路的性能加倍,切實的獲得網(wǎng)絡的高性能。以服務器接入為例,說明如何通過VSS虛擬交換技術獲得高性能,如圖3所示。

        圖3 提高性能的組網(wǎng)方式

        如果沒有VSS虛擬交換技術,要采用傳統(tǒng)的服務器接入方案,即采用2臺服務器交換機分別連接2臺核心交換機,然后將服務器連接在服務器交換機上,如果服務器的軟件系統(tǒng)支持HA,則可以雙連接到2臺服務器交換機中,否則,連接到一臺服務器交換機上。這種傳統(tǒng)的接入方式有如下缺點:

        ①高可靠性需要服務器的軟件系統(tǒng)的HA特性支持;

        ②服務器的多個網(wǎng)卡難以同時使用,網(wǎng)絡訪問性能難以提高;

        ③需要服務器交換機,提高成本的同時也使得服務器交換機的連接鏈路進一步成為網(wǎng)絡瓶頸。

        而采用VSS技術以后,服務器可以直接連接核心交換機,省去服務器交換機,并且都可以通過以太網(wǎng)通道技術將2條或者多條千兆鏈路捆綁,從而在降低成本的同時實現(xiàn)了2倍甚至更多倍的性能。優(yōu)點總結(jié)如下:

        ①使用絕大多數(shù)服務器都支持的以太網(wǎng)通道捆綁技術,無需配置支持HA特性的軟件;

        ②無需服務器交換機,避免服務器交換機鏈路瓶頸,服務器直接連接核心交換機,充分發(fā)揮核心交換機的性能;

        ③服務器可以多個網(wǎng)卡進行以太網(wǎng)通道捆綁,進一步提高服務器的網(wǎng)絡訪問性能;

        ④接入交換機的上聯(lián)鏈路和服務器的接入類似,也可以將多條上聯(lián)到不同核心交換機的鏈路捆綁,同時使用,性能加倍。

        5 結(jié)束語

        獨特的虛擬交換技術將真正使網(wǎng)絡性能得到大幅度的提高,并且降低成本。虛擬交換技術通過加快故障倒換極大地提高了系統(tǒng)可靠性,同時也促進了交換容量的成倍提高,使得該技術在當今的組網(wǎng)應用中具備獨特的優(yōu)勢,應用前景廣闊。

        [1]G AI J ing,F R A NCO I S C,CH A N Y T.F reque n cy Est i mat ion o f U n c oo perat i ve C o here n t P ulse Radars[C].2007 M i l i tary C o mmu ni cat ion s C on fere n ce,2007:1-7.

        [2]T R ITT LER S,H A M P RECH T F A.Near Opt i mum S ampl ing des ign a n d A n Eff i c i e n t A l go r i thm f o r Sing le T on e F reque n cy Est i mat ion[J].Digi tal Sign al P r o cess ing,2009,19(4):628-639.

        [3]L I Dong-ha i,CHEN S h i-we n,ZH A O Chua ng.P hase-C o ded P ulse C o mpress ion Radar Carr i er F reque n cy A ccurate Est i mat ion[J].2010 2n d I n ter n at ion al C on fere n ce on Sign al P r o cess ing S ystems,2010(3):212-214.

        [4]周潤景.M ult i s i m&Lab V I EW 虛擬儀器設計技術[M].北京:北京航天航空大學出版社,2008:90-91

        [5]CZ A RNECK I L S.O n s o me m i s in ter p retat i on s o f the in sta n t ta n e o us react i ve p o wer p2 q the o ry[J].I EEE T ra n sact ion s on P o wer Electr oni cs,2004,19(3):828-836.

        [6]柳寒冰.仿真網(wǎng)格中虛擬化技術的研究與應用[D].北京:北京理工大學,2010.

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