圖1.SPB的基本結(jié)構(gòu)示意

SPB的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：多臺服務(wù)器A/B /C通過交換機1/2/3二層互聯(lián)。服務(wù)器之間的流量可以通過二層路由協(xié)議計算的最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)，而不必依賴于傳統(tǒng)STP形成的繞行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滢D(zhuǎn)發(fā)。這樣 SPB可以有效的提高二層網(wǎng)絡(luò)流量轉(zhuǎn)發(fā)效率。同時，SPB還可以通過二層路由協(xié)議在多條轉(zhuǎn)發(fā)路徑之間形成等價路徑，對流量進行負(fù)荷分擔(dān)，提高網(wǎng)絡(luò)整體的利用效率和HA性能。

SPB的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下四個方面：

● 基于拓?fù)溆嬎愕淖疃搪窂侥軌蛴行p少轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，提高轉(zhuǎn)發(fā)性能;

● 基于等價路由的多鏈路負(fù)載均衡(最大16條)，能夠有效的提高帶寬利用率;

● 基于等價路由的快速切換能夠保證100毫秒內(nèi)的故障切換;

● 管理簡單，網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？蛇_1000個節(jié)點。

1.SPB協(xié)議族的結(jié)構(gòu)

圖2.SPB協(xié)議組的架構(gòu)

如圖2所示，SPB協(xié)議支持兩種模式：

1、Q-in-Q模式稱為SPBV，目前在業(yè)界基本沒有應(yīng)用;

2、M-in-M模式稱為SPBM，是目前的主要推薦模式。本文將針對SPBM展開介紹。

無論是SPBV還是SPBM，在控制平面都是基于L2IS-IS實現(xiàn)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、管理。在協(xié)議的具體實現(xiàn)思路方面兩者是一致的。

M-in-M是指MacinMac技術(shù)，也稱為PBB(見附錄介紹)。PBB定義了二層網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程，但是PBB本身沒有定義控制流程。也就是說二層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淇刂?、二層環(huán)路管理都必須依賴于傳統(tǒng)的STP等技術(shù)，這就直接降低了PBB應(yīng)用的可行性。因此PBB迫切需要定義一套控制流程，使其能夠有效的替代STP協(xié)議管理大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浜铜h(huán)路，SPBM應(yīng)運而生。

SPBM和PBB的關(guān)系可以簡單地概括為：SPBM+PBB=完整的二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其中SPBM是控制平面協(xié)議，而PBB是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面協(xié)議。

2.SPBM的轉(zhuǎn)發(fā)路徑管理

如前文所述，SPBM基于PBB技術(shù)，可以看作是PBB的控制流程協(xié)議：

1、SPBM管理二層網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?、環(huán)路，計算路徑等;

2、PBB根據(jù)SPBM計算的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。

當(dāng)然，PBB分為骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)兩個層次。接入網(wǎng)層次較低，規(guī)?？梢砸?guī)劃控制，是標(biāo)準(zhǔn)的二層網(wǎng)絡(luò)，可以采用STP或其他二層技術(shù)來管理控制。SPBM的目的是通過L2IS-IS協(xié)議學(xué)習(xí)骨干網(wǎng)的拓?fù)?，計算最短轉(zhuǎn)發(fā)路徑和等價路徑，指導(dǎo)報文在骨干網(wǎng)上做最優(yōu)的二層轉(zhuǎn)發(fā)。

● SPBM多實例的概念

SPBM在骨干網(wǎng)上存在多實例的概念。如圖3所示，SPBM的UNI相當(dāng)于VPLS技術(shù)的PE設(shè)備，負(fù)責(zé)外層標(biāo)簽的封裝與解封裝;而NNI相當(dāng)于VPLS技術(shù)的P設(shè)備，負(fù)責(zé)根據(jù)外層標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)報文。

SPBM的多實例類似VPLS的VSI概念，即在同一個物理網(wǎng)絡(luò)上形成多個相互獨立的邏輯轉(zhuǎn)發(fā)實體，彼此之間邏輯隔離。圖3中不同的顏色代表不同的實例(指BVID：BVlAN1/2/3/4)，它們在相同的物理拓?fù)渖闲纬刹煌倪壿嬐負(fù)?，，?jīng)過計算形成不同的轉(zhuǎn)發(fā)路徑(指不同的出接口 Interface)。

圖3.SPBM的原理架構(gòu)

SPBM的單播轉(zhuǎn)發(fā)管理

SPBM的單播轉(zhuǎn)發(fā)從本質(zhì)上與標(biāo)準(zhǔn)的L3IS-IS路由網(wǎng)絡(luò)非常類似。如圖4所示，在實例I-SID5中，節(jié)點A計算骨干網(wǎng)上到各節(jié)點的最短轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

圖4.SPBM的單播路徑計算原理

節(jié)點A通過IS-IS協(xié)議相互通告鄰居網(wǎng)絡(luò)信息，學(xué)習(xí)到整網(wǎng)的拓?fù)湫畔ⅲ缓笥嬎愠稣麄€骨干網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。基于這樣一張標(biāo)準(zhǔn)的拓?fù)鋱D，節(jié)點A計算從本節(jié)點到其他各節(jié)點的最短路徑，形成最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑。如果存在多條轉(zhuǎn)發(fā)路徑等價的情況，則需要通過特定的算法–等價路徑算法(ECT：EqualCostTree)計算本實例應(yīng)該選定的路徑。

SPBM的等價路徑算法相對比較復(fù)雜，其基本思路是：

1、在任一實例中，計算任意節(jié)點到另一節(jié)點的最短路徑，存在等價路徑;

2、分別計算各條等價路徑的Key值;

3、比較各條等價路徑的Key值，取最小的Key值對應(yīng)的路徑作為轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

Key值計算公式為：

1、N=min{BridgeIDXORMASK[i-1]}

2、#N=BridgeID

公式中的BridgeID是用戶指定的交換機ID，是用戶直接配置的數(shù)據(jù)，相當(dāng)于一個唯一的編號或名字。

公式中的MASK[i]是一個標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中定義的數(shù)組，數(shù)組大小是16。由協(xié)議為該數(shù)組指定具體數(shù)據(jù)，對應(yīng)16個不同的實例。當(dāng)前協(xié)議中定義的數(shù)組是：00ff88774433ccbb22116655aa99ddee。

SPBM的組播管理

圖5.SPBM的組播管理

SPBM的組播與傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)組播管理很類似，都是基于單播管理，在單播管理形成的轉(zhuǎn)發(fā)路徑上計算組播路徑。如圖5所示，節(jié)點A作為源節(jié)點，D/E/F節(jié)點是葉子節(jié)點。通過圖3中形成的單播轉(zhuǎn)發(fā)路徑，節(jié)點A計算到各個葉子節(jié)點之間的組播轉(zhuǎn)發(fā)路徑，形成圖5所示的組播樹。其中，

不同的實例中，定義不同層次的組播樹，相互獨立;

每個實例中，每個節(jié)點有以自己為根的獨立組播樹。

1.大中型規(guī)模數(shù)據(jù)中心：兩層的SPBM組網(wǎng)模型

大中型數(shù)據(jù)中心對于二層網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)要求可以概括為：

○ 管理成百上千臺交換機形成大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò);

○ 支持最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)，提高轉(zhuǎn)發(fā)效率，降低網(wǎng)絡(luò)時延;

○ 支持等價多路徑轉(zhuǎn)發(fā)，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率;

○ 支持多租戶網(wǎng)絡(luò)運維管理。

其組網(wǎng)應(yīng)用方案如下：

圖6.SPBM在大中型數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的組網(wǎng)架構(gòu)

圖6中紅圈標(biāo)注部分即是SPBM的骨干網(wǎng)部分，接入層交換機與服務(wù)器的虛擬交換機部分即是SPBM的接入網(wǎng)絡(luò)，由IRF技術(shù)實現(xiàn)二層管理(或 STP)。在SPBM的骨干網(wǎng)里，可以實現(xiàn)最大16條等價路徑，也就是說數(shù)據(jù)中心的二層網(wǎng)絡(luò)的匯聚交換機最大可以支持16臺。匯聚換機的數(shù)量越多，容量越大，可以接入的服務(wù)器數(shù)量也就越多?？梢杂行У財U大數(shù)據(jù)中心服務(wù)器的容量和虛擬機的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)中心的規(guī)模。

同時，SPBM可以保證骨干網(wǎng)的HA性能，確保任意節(jié)點、任意鏈路出現(xiàn)異常后，能在毫秒級時間范圍內(nèi)保證業(yè)務(wù)恢復(fù)正常。這一點能夠有效的提高數(shù)據(jù)中心的HA性能，提高用戶的業(yè)務(wù)體驗。

部分運營商的核心數(shù)據(jù)中心或是超大企業(yè)的數(shù)據(jù)中心需要部署在同一個二層網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器規(guī)模非常龐大(例如超過2萬臺服務(wù)器)。兩層的SPBM組網(wǎng)模型有可能無法滿足其超大規(guī)模的接入密度，所以需要調(diào)整SPBM的組網(wǎng)模型，進一步擴展整個二層網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，將二層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)改成三層組網(wǎng)架構(gòu)(如圖7所示)。

圖7.SPBM在超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的組網(wǎng)架構(gòu)

需要說明的是，SPBM相對比較復(fù)雜。將二層SPBM結(jié)構(gòu)調(diào)整為三層SPBM結(jié)構(gòu)后，固然可以增加數(shù)據(jù)中心二層網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。但代價是進一步增加了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運維的復(fù)雜程度，提高了運維成本。

大規(guī)模乃至超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心畢竟仍是少數(shù)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的規(guī)模都在5000臺服務(wù)器以下。很多企業(yè)為了降低數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本，租用運營商的機房或機架空間，將數(shù)據(jù)中心部署在運營商機房中獨立運維，可以視為一個獨立的企業(yè)數(shù)據(jù)中心。運營商的數(shù)據(jù)中心運維管理也不包括這部分服務(wù)器。

這些小型數(shù)據(jù)中心，一個最顯著的特點就是用戶的運維水平以及對新技術(shù)跟蹤掌握能力有限，所以SPBM的管理壓力會讓用戶很難接受。用戶希望網(wǎng)絡(luò)能夠支持VLAN擴展方案，便于其做多租戶配置，但又不希望網(wǎng)絡(luò)配置過于復(fù)雜，增加運維難度和風(fēng)險。簡單總結(jié)小型數(shù)據(jù)中心虛擬化二層組網(wǎng)的需求如下：

1、二層網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小(覆蓋5000臺服務(wù)器以下);

2、盡量避免新技術(shù)帶來的學(xué)習(xí)、管理、運維壓力;

3、支持多租戶。

IRF+PBB為其提供了更加簡單的組網(wǎng)方案，降低對新技術(shù)的難度要求。

傳統(tǒng)的IRF+LACP組網(wǎng)方案是目前替代STP組網(wǎng)的的最佳方案。從IRF技術(shù)開始正式商用到現(xiàn)在已經(jīng)有8年的時間，在市場上得到了廣泛的應(yīng)用。方案非常成熟，運維管理簡單。PBB同樣是非常成熟的技術(shù)，用戶也不存在運維方面的壓力。

圖8.PBB+IRF在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的組網(wǎng)架構(gòu)

如圖8所示，在這個簡化的組網(wǎng)方案中，最大的特點是在匯聚交換機層面利用4臺交換機IRF虛擬化替代了復(fù)雜的SPBM協(xié)議。在匯聚交換機和接入交換機之間只需要配置簡單的LACP協(xié)議。這樣整個網(wǎng)絡(luò)的控制平面就是傳統(tǒng)的IRF結(jié)合LACP技術(shù)。將極大地簡化配置管理和運維管理復(fù)雜度。

在數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)平面，是標(biāo)準(zhǔn)的PBB協(xié)議(見附錄介紹)。PBB協(xié)議支持VLAN擴展功能，可以支持多租戶的應(yīng)用。

結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心的集中化、規(guī)?；\營可以有效的降低整體運營成本。服務(wù)器的虛擬化可以有效提高資源利用率。因此，未來的數(shù)據(jù)中心一定會向規(guī)劃化、虛擬化的方向發(fā)展。同時，更多企業(yè)客戶為了降低數(shù)據(jù)中心的建設(shè)、運維成本，會選擇將數(shù)據(jù)中心租用或托管的方式交由第三方運營管理。這樣多租戶也成為未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展的必然方向。

從SPB協(xié)議的定制角度來看，其根本的目的就是要解決大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)的多租戶應(yīng)用。因此，SPB技術(shù)與數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢是契合的，未來可能會在大規(guī)模和超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的應(yīng)用。

zhaohang