以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與更好更簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)

20世紀(jì)70年代，在美國(guó)加州的Xerox實(shí)驗(yàn)室里，以太網(wǎng)之父Metcalfe博士率先在實(shí)驗(yàn)室提出了以太網(wǎng)的概念。1980年2月，IEEE成立了如今聞名的802計(jì)劃，并開(kāi)會(huì)討論如何將所有LAN技術(shù)統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上時(shí)，該委員會(huì)被分成了幾個(gè)工作組，其中IEEE 802.3研究基于以太網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，IEEE 802.4和802.5工作組分別研究令牌總線與令牌環(huán)技術(shù)。

隨后的近三十年的時(shí)間，見(jiàn)證了802.3的標(biāo)準(zhǔn)如何幾經(jīng)風(fēng)雨逐漸一統(tǒng)江湖。而基于以太網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)品和應(yīng)用逐漸豐富完善。無(wú)論是技術(shù)的發(fā)展還是產(chǎn)品的更新?lián)Q代，都是源于用戶的需求。那么用戶的需求是什么呢？用最簡(jiǎn)單，最樸實(shí)的話來(lái)說(shuō)就是“更簡(jiǎn)單的使用更好的網(wǎng)絡(luò)”。

什么是更好的網(wǎng)絡(luò)？性能更高，可靠性更高，安全性更高，業(yè)務(wù)更豐富，不同的用戶有不同的說(shuō)法。什么是更簡(jiǎn)單？網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，管理維護(hù)簡(jiǎn)單。為了向用戶提供更好的網(wǎng)絡(luò)，各種技術(shù)不斷推陳出新，以太網(wǎng)速率的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從最初的十兆增長(zhǎng)到了40G和100G，而為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性、故障自愈性，在方案設(shè)計(jì)中均需要考慮各種冗余設(shè)計(jì)，如網(wǎng)絡(luò)冗余節(jié)點(diǎn)、冗余鏈路等。冗余的設(shè)計(jì)使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了環(huán)路以及環(huán)路有可能引起的廣播風(fēng)暴等風(fēng)險(xiǎn)，生成樹(shù)技術(shù)（STP）應(yīng)運(yùn)而生。它雖然消除了環(huán)路，但卻帶來(lái)了鏈路性能利用不足的新的問(wèn)題。隨之MSTP技術(shù)利用通過(guò)多實(shí)例的劃分來(lái)實(shí)現(xiàn)不同鏈路流量的負(fù)載分擔(dān)，提高了鏈路可用性能，但與此同時(shí)卻將網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，管理維護(hù)工作量翻了幾番。而管理維護(hù)量大會(huì)導(dǎo)致一旦配置出錯(cuò)會(huì)又回到起初環(huán)路產(chǎn)生所帶來(lái)的廣播風(fēng)暴的問(wèn)題。于是乎，問(wèn)題又回到了原點(diǎn)。

于是我們逐漸發(fā)現(xiàn)，更好的網(wǎng)絡(luò)與更簡(jiǎn)單的使用之間似乎是矛盾的，很多標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)出發(fā)點(diǎn)只是為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的某一項(xiàng)功能或者滿足用戶某一方面的需求，而并非去簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)本身。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來(lái)越大，用戶和設(shè)備數(shù)量越來(lái)越多，用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求越來(lái)越高，此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)和管理維護(hù)都將變得越來(lái)越復(fù)雜。

打個(gè)比方，很多傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，類似于西藥，出現(xiàn)什么癥狀就對(duì)癥下藥解決什么問(wèn)題。如出現(xiàn)環(huán)路就吃“生成樹(shù)”膠囊，需要網(wǎng)關(guān)冗余的話就服用“VRRP”的藥片。雖然是按照癥狀來(lái)醫(yī)治，但是服用之后，癥狀雖然會(huì)有所減輕或消除，卻無(wú)法從根本上解決網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化的問(wèn)題，有時(shí)甚至可能帶來(lái)些副作用。

那么，如何能夠讓網(wǎng)絡(luò)變的更簡(jiǎn)單呢？

智能彈性技術(shù)發(fā)展歷程

如何讓網(wǎng)絡(luò)變的更簡(jiǎn)單，也就是說(shuō)，我們需要一種既治標(biāo)又治本的中藥，能夠從本質(zhì)上讓網(wǎng)絡(luò)變的更簡(jiǎn)單。

從根本上講，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)、管理維護(hù)的復(fù)雜度，：一方面是由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量眾多直接帶來(lái)的；另一方面是由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量眾多衍生出的類似STP、VRRP這些特性間接帶來(lái)的。但無(wú)論是直接還是間接引起，本質(zhì)上都是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量的問(wèn)題。所以，最根本的方法，就是要減少邏輯設(shè)備的數(shù)量。換句話講，就是將多臺(tái)物理設(shè)備虛擬為一臺(tái)邏輯上統(tǒng)一的設(shè)備，使其能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一的運(yùn)行，從而達(dá)到減小網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的目的。

為了解決這樣的問(wèn)題，業(yè)界很多以太網(wǎng)設(shè)備和解決方案供應(yīng)商均投入到智能彈性技術(shù)（部分廠商稱為交換機(jī)虛擬化技術(shù)）的研究和開(kāi)發(fā)工作當(dāng)中。H3C的智能彈性技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：集群，IRF1和IRF2。

第一階段：集群。H3C在網(wǎng)絡(luò)集群推出了HGMP協(xié)議，以及基于HGMP的簡(jiǎn)單堆疊技術(shù)。HGMP協(xié)議第一次在一個(gè)大型二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了單一IP的二層管理，一個(gè)集群網(wǎng)絡(luò)可由最多256臺(tái)二層交換機(jī)組成。HGMP集群解決了單一IP管理、統(tǒng)一軟件升級(jí)的問(wèn)題。但是，集群交換機(jī)只能工作在二層模式，并且每臺(tái)設(shè)備各自為戰(zhàn)，操作系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相互獨(dú)立。所以集群技術(shù)只是解決了接入二層交換機(jī)因?yàn)閿?shù)量較多而帶來(lái)的一部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理的簡(jiǎn)化問(wèn)題。

第二階段，IRF1（Intelligent Resilient Framework1，即第一代智能彈性架構(gòu)技術(shù)）：2004年，H3C在低端盒式設(shè)備（即低端交換機(jī)S5600系列和S3900系列）上實(shí)現(xiàn)了真正的虛擬化整合技術(shù)，使低端盒式設(shè)備通過(guò)高速專用電纜互聯(lián)模擬交換背板，各盒式設(shè)備成為接口線卡，盒式設(shè)備的CPU系統(tǒng)模擬多個(gè)主控，而只有一個(gè)模擬主控成為Master主控。因此，多臺(tái)盒式設(shè)備整合虛擬化成為一個(gè)框式系統(tǒng)，整個(gè)IRF系統(tǒng)對(duì)外表現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)體系，集中控制、分布式轉(zhuǎn)發(fā)，可工作在二層模式和路由模式，并實(shí)現(xiàn)IRF系統(tǒng)內(nèi)不同設(shè)備的端口聚合能力。因此，相比集群技術(shù)，IRF1解決了網(wǎng)絡(luò)接入層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化與數(shù)量眾多的接入設(shè)備管理的簡(jiǎn)化。

第三階段，IRF2（Intelligent Resilient Framework2，即第二代智能彈性架構(gòu)技術(shù)）：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化，包括網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)和管理維護(hù)的簡(jiǎn)化。IRF1解決了接入層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和大量的接入層設(shè)備管理維護(hù)問(wèn)題，而業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)化并沒(méi)有解決。對(duì)任何網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)層次越高，業(yè)務(wù)部署越豐富，則越需要簡(jiǎn)化。2009年，H3C在從100G平臺(tái)的核心交換機(jī)到接入層交換機(jī)產(chǎn)品（即基于全線交換機(jī)產(chǎn)品S12500，S9500E，S7500E，S5800，S5600，S5500，S5120EI，S3600系列）實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的虛擬化整合技術(shù)——IRF2。不僅可以實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，管理維護(hù)簡(jiǎn)化，更重要的是通過(guò)機(jī)框式設(shè)備虛擬化，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)化。

H3C IRF2給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了什么？

對(duì)用戶及其網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，IRF2可以帶來(lái)以下好處：

讓網(wǎng)絡(luò)更簡(jiǎn)單：

網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化需要解決網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)化，以及管理維護(hù)的簡(jiǎn)化這三方面的問(wèn)題。通過(guò)在從核心到接入的整網(wǎng)部署IRF2技術(shù)，多臺(tái)物理設(shè)備虛擬成一臺(tái)統(tǒng)一的邏輯設(shè)備，不但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，原先需要每臺(tái)設(shè)備逐一配置，現(xiàn)在只需配置一次即可，大大簡(jiǎn)化了設(shè)備的管理維護(hù)。此外，相比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)生成樹(shù)+VRRP的部署方式，啟用IRF2以后，二層不再需要配置生成樹(shù)，也不再需要復(fù)雜的生成樹(shù)多實(shí)例的規(guī)劃，三層不再需要配置VRRP，不再需要復(fù)雜的路由規(guī)劃和大量的IP地址消耗，從而簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

讓網(wǎng)絡(luò)更可靠：

IRF的高可靠性體現(xiàn)在鏈路級(jí)、協(xié)議級(jí)和設(shè)備級(jí)三個(gè)方面。

鏈路級(jí)：成員設(shè)備之間的物理端口支持聚合功能，IRF系統(tǒng)和上、下層設(shè)備之間的物理連接也支持聚合功能，這樣，通過(guò)多鏈路備份提高了鏈路的可靠性。

協(xié)議級(jí)：IRF系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)的協(xié)議熱備份功能，負(fù)責(zé)將協(xié)議的配置信息備份到其他所有的成員設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)1：N的協(xié)議可靠性。

設(shè)備級(jí)：IRF系統(tǒng)由多臺(tái)成員設(shè)備組成，Master設(shè)備負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)，Slave設(shè)備在作為備份的同時(shí)也可以處理業(yè)務(wù)。一旦Master設(shè)備故障，系統(tǒng)會(huì)迅速自動(dòng)選舉新的Master，以保證通過(guò)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)不中斷，從而實(shí)現(xiàn)了設(shè)備級(jí)的1：N備份。相比傳統(tǒng)的二層生成樹(shù)技術(shù)和三層的VRRP技術(shù)，其收斂時(shí)間從N秒級(jí)縮短到毫秒級(jí)。

讓網(wǎng)絡(luò)更高效：

對(duì)高端交換機(jī)而言，性能和端口密度的提升會(huì)受到其硬件結(jié)構(gòu)的限制，而IRF系統(tǒng)的性能和端口密度是IRF內(nèi)部所有設(shè)備性能和端口數(shù)量的總和。因此，IRF技術(shù)能夠輕易的將設(shè)備的核心交換能力、用戶端口的密度擴(kuò)大數(shù)倍，從而大幅度提高單臺(tái)設(shè)備的性能。此外傳統(tǒng)的生成樹(shù)等技術(shù)為了避免環(huán)路的發(fā)生，會(huì)采用阻斷一條鏈路的方式，而IRF2可以通過(guò)跨設(shè)備聚合等特性，讓原本“Active-standby”的工作模式，轉(zhuǎn)變成為負(fù)載分擔(dān)的模式，從而提高整網(wǎng)的運(yùn)行效率。

智能彈性技術(shù)憑借其在簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)方面的突出優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商實(shí)現(xiàn)在低端盒式交換機(jī)產(chǎn)品上支持智能彈性技術(shù)。由于此項(xiàng)技術(shù)本身是將多臺(tái)原本獨(dú)立的設(shè)備虛擬化為一臺(tái)統(tǒng)一的設(shè)備，因此各設(shè)備之間協(xié)調(diào)控制是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題；同時(shí)系統(tǒng)成員的地位相互平等，每個(gè)成員又都需要有與其他成員交互的能力，隨著設(shè)備臺(tái)數(shù)的增多，成員間的交互將成幾何級(jí)數(shù)增加。對(duì)于高端框式交換機(jī)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，還要增加一維關(guān)于槽位的變量，所以高端交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)智能彈性技術(shù)會(huì)面對(duì)更多的困難。因此如何在全系列交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的穩(wěn)定的智能彈性技術(shù)是各個(gè)廠商的研發(fā)方向。Cisco在2007年底率先在高端交換機(jī)Catalyst 6500上實(shí)現(xiàn)了Virtual Switching System技術(shù)，但是該技術(shù)對(duì)于其他業(yè)務(wù)特性應(yīng)用有所限制。在IRF1的基礎(chǔ)之上，H3C持續(xù)優(yōu)化和開(kāi)發(fā)，于2009年推出IRF2，真正實(shí)現(xiàn)高端到低端的全系列交換機(jī)上的全業(yè)務(wù)智能彈性技術(shù)。相比其他廠商的類似技術(shù)，H3C的IRF2實(shí)現(xiàn)了更多的技術(shù)突破，大大提高IRF2的可用性。

突破了業(yè)務(wù)特性的限制：傳統(tǒng)的智能彈性技術(shù)只能配合交換機(jī)實(shí)現(xiàn)基本的二層，三層轉(zhuǎn)發(fā)功能；IRF2可以幫助用戶在實(shí)現(xiàn)基本功能的同時(shí)，提供包括IPS、ACG、負(fù)載均衡等四到七層的深度業(yè)務(wù)分析處理以及防火墻、網(wǎng)流分析、無(wú)線控制器等更廣的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

突破了設(shè)備形態(tài)的限制：傳統(tǒng)的智能彈性技術(shù)僅限于低端盒式交換機(jī)，只能在網(wǎng)絡(luò)接入層實(shí)現(xiàn)智能彈性架構(gòu)；IRF2可以幫助用戶解決從核心層的機(jī)箱式交換機(jī)到接入層的盒式交換機(jī)的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)和管理簡(jiǎn)化問(wèn)題。

突破了系統(tǒng)連接帶寬的限制：傳統(tǒng)的智能彈性技術(shù)是將設(shè)備的性能人為的、固定的劃分為系統(tǒng)連接帶寬和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)帶寬，但在實(shí)際應(yīng)用中，不同用戶對(duì)于系統(tǒng)連接帶寬和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)帶寬會(huì)有不同的要求；IRF2可以使用戶根據(jù)需要靈活分配和調(diào)整設(shè)備性能，真正按需定制系統(tǒng)連接帶寬和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。

突破了專用板塊和接口的限制：傳統(tǒng)的智能彈性技術(shù)是通過(guò)專用的板卡（高端設(shè)備）和專用的接口（低端設(shè)備）來(lái)實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)連接；IRF2可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口板，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)端口實(shí)現(xiàn)，便于不同設(shè)備間的互連，保護(hù)了用戶投資。

突破了地域的限制：傳統(tǒng)的智能彈性技術(shù)要求智能彈性架構(gòu)內(nèi)的設(shè)備需要部署在同一個(gè)機(jī)架內(nèi)；IRF2不僅可以提供機(jī)架內(nèi)的高性價(jià)比連接方案，還可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)光纖實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)70km的跨區(qū)域遠(yuǎn)距系統(tǒng)連接方案，提高了智能彈性系統(tǒng)的可用性。

結(jié)束語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不斷發(fā)展，類似于IRF2的智能彈性技術(shù)已被越來(lái)越多的用戶所認(rèn)可和接受。IRF2不僅可以讓網(wǎng)絡(luò)變的簡(jiǎn)單，還可以無(wú)縫支持包括IPv4、IPv6、MPLS、安全特性、OAA插卡、高可用性等全部交換網(wǎng)絡(luò)特性，并且能夠高效穩(wěn)定地運(yùn)行這些功能，大大擴(kuò)展了其在整網(wǎng)的應(yīng)用范圍。