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.