支撑下一代云计算应用的以太网矩阵（Ethernet Fabric）技术
一、当前数据中心三层网络架构面临的挑战
目前，IT企业都希望有更好的方式来构建虚拟化数据中心和云计算环境，因此他们希望采用高性能的网络解决方案，确保网络以最高的效率运行。现有的数据中心大部分都是基于三层体系架构，涵盖了接入、汇聚及核心层。这种架构在新兴的虚拟环境中遇到很大挑战，无法优化服务器到服务器和服务器到存储所产生的流量，数据流往往需要通过多个不同层次，造成了更大的延迟，也影响了实时应用的性能。主要表现在以下几个方面：
第一、传统的三层体系架构，为了避免交换机之间产生环路而引发广播风暴，大多采用STP（Spanning Tree Protocol）协议，逻辑上断开环路，只有当线路出现故障时，断开的端口才被激活，恢复通信。STP协议在避免网络形成环路的同时也使得一半的网络带宽处于被断开的状态，无法有效利用所有线路的带宽，正如下图所示，途中虚线所示的连接在逻辑上处于断开状态。虽然后来开发了LAGs（Link Aggregation Groups）协议来克服这个局限，但是LAGs必须通过手工配置并且也不够灵活。
图1：传统的以太网架构
第二、传统的Client-Server架构的应用系统，数据流大部分是一种垂直式的流动，大多是上下层的数据交换，在不同应用系统服务器之间较少有大量数据交换的需求。但是随着云
计算的兴起，数据中心的服务器必须协同合作来分散运算，甚至要动态调度大量资源，应用服务器之间的数据交换需求大幅增加，大量数据需要在同一层网络间水平流动。当水平流量在传统层次型网络逐层传递时，必须行经三层交换节点，每多经过一个节点，就会耗费更多的延迟时间，影响网络的运行效率，在几十台服务器的机房内，延迟问题可能还不明显，但在动辄数千台服务器的数据中心，层次型网络架构就成为主要的性能瓶颈。
二、新的Ethernet Fabric网络架构应运而生
为了克服传统的三层体系架构和STP协议的局限和不足，并满足新兴应用的需求，要求设计一种全新的网络架构。这种新技术要能改善网络利用率，提高网络可用性，提高可扩展性，同时大幅简化虚拟化数据中心的网络架构。在这种背景下，新的Ethernet Fabric架构应运而生，它将网络架构缩减为接入层与核心层，让同一个VLAN的服务器能在接入层水平沟通，带宽也能得到充分利用。这不仅是对2层网络设计的革命性创新，同时也为云计算提供了一个智能基础。
广义而言，Ethernet Fabric可视为改变以太网实体线路连结与传输方式的新方法，一种支持水平传输流向及多条路径同时运作的新兴网络架构。目前已有多家网络厂商推出了自己的Ethernet Fabric解决方案。下表是已经或即将推出Ethernet Fabric产品的厂商列表。
表1：即将推出Ethernet Fabric产品的厂商列表
VCS是博科公司的Ethernet Fabric技术，是第一款真正的数据中心Ethernet Fabric架构，它采用革命性的二层连接技术，增加了虚拟服务器环境的可扩展性和流动性，最大限度的提高网络性能，降低网络复杂性，帮助用户构建高度智能的大型融合网络。
VCS技术包含3大技术支柱：Ethernet Fabric架构、分布式智能和逻辑机箱，如下图所示。这3大技术使VCS架构可以提供高度可靠、简单而且可扩展的网络基础架构，进而大大降低网络运营成本。
图2：博科VCS技术架构 博科VCS Ethernet Fabric架构
博科VCS Ethernet Fabric架构可简化互联配置，提供自动链路故障切换而不中断未受故障影响的链路上的流量，并提供即插即用的可扩展性。在交换机间增加多条ISL连接时，博科VCS Ethernet Fabric架构可自动形成链路捆绑，而不需要在多个交换机的每个端口上手工配置LAG。只需要增加另一条线缆就可以增加带宽，为传输服务器到服务器的流量和服务器到存储设备的流量提供线性可扩展性。
博科VCS分布式智能
博科VCS分布式智能可以为Fabric架构中的所有交换机提供通用的配置参数。例如，当一台新的交换机被添加到Fabric架构中时，它可以共享其它交换机和设备的信息。已经配置好的策略可用于所有交换机端口。利用端口状态自动迁移（AMPP）技术，虚拟服务器可以在不同交换机端口间迁移而不会与边缘端口上的网络策略和安全设置相冲突，这些设置可以自动跟随虚拟机的MAC地址。
博科VCS逻辑机箱
博科VCS逻辑机箱服务可创建单一的虚拟管理平面，而不需要分别管理每台交换机及其端口。逻辑机箱使用通用的策略配置参数，而且可以通过AMPP将MAC地址和策略捆绑起来，并应用于Fabric架构中的所有交换机。逻辑机箱服务可创建一个单一管理点来监控Fabric架构中的所有交换机、端口和流量。向Fabric架构中添加新交换机非常简单，就象向机箱式交换机中添加一个新的端口刀片一样。交换机及其端口有着独一无二的身份，共享相同的配置参数并通过单一管理连接进行监控。借助逻辑机箱服务，管理功能可以与网络一同扩展，因为添加交换机和端口等操作不会增加复杂性。
三、使用VCS功能交换机的典型案例
对于现有的以太网环境，Brocade VCS技术可以使用户在保留现有网络架构的情况下使用Ethernet Fabric。在传统的万兆接入/汇聚架构中，ToR交换机通常通过千兆或万兆连接接入服务器。ToR交换机以active-passive的方式成对部属。ToR交换机通过Link Aggregation Groups（LAGs）接入汇聚交换机。虽然这种设计在大多数环境下是可以工作的，但是有一些局限性。这种设计使用STP，效率较低，因为百分之五十的端口资源是闲置的。在传统的数据中心里，接入层是依靠STP来实现禁止成环的，当网络故障发生时，STP需要重新计算来启动被屏蔽掉的连接，这会带来时间上的延迟(标准STP大概30秒，快速STP大概2秒)。 引入博科VDX交换机，不需要对现有网络架构进行任何调整，可以实现很好的投资保护，一对使用vLAG技术的博科交换机对于上层交换机看起来就像一个逻辑交换机。每个机柜使用两台博科VDX ToR交换机，机柜里的每台服务器使用两个配置LAGs的万兆连接，并且工作在active-active模式。同时使用一种新的IETF协议--TRILL协议来提供多活动路径支持，这样机柜里的服务器就具有20G带宽且只看到一台单个的ToR交换机。 下图就是这个案例的具体图示：
图3：具有VCS功能交换机使用案例
四、总结
博科VCS技术可以帮助企业构建高效的数据中心网络，基于博科VCS技术的以太网矩阵可以在节点间共享信息并通过统一的逻辑机箱来管理，这大大简化了网络管理并节省了人力开销。博科VCS技术能提供对虚拟环境的全面支持，帮助虚拟机实现更大范围和更灵活的迁移。基于VCS技术的VDX交换机可以帮助企业建立数据中心以太网矩阵，革命性的改进了二层网络设计并为云计算奠定灵活而坚固的基础。
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