今天的網絡可靠性

隨著現代企業信息化的迅猛發展，企業內部各種業務流程的網上運行，企業的核心業務對數據網絡的依靠性越來越強，網絡已經成為現代企業核心競爭力的一部分，它的可靠性問題也變得越來越突出，成為用戶關注的突出問題。網絡可靠性的目標是實現業務數據流的無中斷轉發，而網絡的可靠性取決于組網設備本身的可靠性和組網架構的可靠性。

設備的可靠性

設備的可靠性主要取決于設備自身軟件和硬件的設計水平。在網絡設計中，核心設備必須具備可靠性已經得到了用戶和廠家的充分認可，因此大都選取了具有高可靠性的機架式交換機，同時還配有雙電源、雙主控板之類。而邊緣交換機更看中接入能力，考慮到成本等問題，可靠性設計上往往比核心設備稍遜一籌。

組網架構的可靠性

不管在什么時候，最好的可靠性方式始終是冗余。在今天的組網方式中，冗余方式包含設備冗余和鏈路冗余，其中，設備冗余技術上則體現為VRPP和STP/RSTP/MSTP，鏈路冗余在技術上體現為STP/RSTP/MSTP（后面統稱為STP）、LACP。

VRRP技術可以實現兩個中心交換機在第三層的熱備份功能，保證了當某一臺中心交換機出現故障時另一臺可以取而帶之。STP技術本來是為了解決橋接環路的問題，但其也可以實現多臺交換機在2層鏈路上的熱備份，當主線路出現故障時，備份線路可以馬上啟用，對業務不會產生大的影響。而LACP本來是解決兩臺交換機間的帶寬問題的，是用來將多條鏈路綁在一起作為一個邏輯鏈路使用的技術，但在客觀上也起到了鏈路備份的作用。

這幾種技術在現在企業組網環境中的組合應用，應該說基本上已經可以滿足大多數用戶的需求了。但這仍然不是完美的。

今天組網方式在可靠性上存在的不足

技術本身問題

通過VRRP和STP的技術雖然可以滿足了大多數情況下可靠性的要求，但其還是有著一定缺陷的。這主要是因為這些技術實現里并沒有把互備的設備作為一個整體來考慮，而是融入主備的概念，是一種主動/被動方式，其過分強調了冗余，因此在負載分擔上出現了不足之處，當然，這也降低了投資效率。

首先在VRRP技術中，參與VRRP的每臺設備的所有網絡功能都是獨立運行的。只是在作某一VLAN的網關時分為一主一備，正常狀況下只有主設備為該VLAN的數據提供轉發服務，而備份設備完全是處于閑置狀態。造成了備份設備的極大浪費。對于這個問題，現有解決方案是通過規劃，將不同的VLAN網關指向不同的中心設備，比如中心交換機A和B作VRRP，其中A充當VLAN1的主網關，B則當VLAN1的備份網關，對VLAN2而言，則B是主網關，A是備份網關。這樣就人為的將數據流分散到兩臺中心交換機上，實現負載分擔。當然，這種分擔方式的弊端顯而易見，且不說其前提必須存在多VLAN情況下才能起作用，即使有多VLAN，每個VLAN的數據流大小也各不相同，對中心交換機造成的壓力也完全不平衡。

STP也存在同樣的問題，正常情況下只有主鏈路在傳輸數據，備份鏈路也是完全閑置，根本起不到負載分擔的作用。

而LACP雖然可以起到負載分擔的作用，但其多物理鏈路連接的同一端只能是同一臺交換機，這樣只能實現鏈路負載分擔而不是設備負載分擔，而且設備本身也會形成單點故障。

復雜度問題

由于VRRP、STP等技術都需要對網絡結構做較好的規劃，并且在實現上需要用戶對多臺設備進行配置，這些都增加了組網的復雜程度。對今后網絡的日常維護也會帶來不利的影響。

IRF技術針對可靠性的解決方案

IRF技術介紹

IRF的含義就是智能彈性架構（Intelligent Resilient Framework），是一套全新的軟件解決方案，支持IRF的多臺設備可以互相連接起來形成一個“聯合設備”，這臺“聯合設備”稱為一個Fabric，而將組成Fabric的每個設備稱為一個Unit。多個Unit組成Fabric后，無論在治理還是在使用上，就成為了一個整體。它既可以隨時通過增加Unit來擴展設備的端口數量和交換能力；同時也可以通過多臺Unit之間的互相備份增強設備的可靠性；并且整個Fabric作為一臺設備進行治理，用戶治理起來也非常方便。

簡單來說，就是IRF設備通過多個Unit的互連形成了用戶迫切需要的易治理、易擴展以及高可靠的產品特點，是一種不同于業界現有設備的全新理念的網絡設備。

IRF技術主要由3個部分組成：

l        分布式設備治理（DDM）：是IRF技術的控制系統，負責向IRF分布式交換架構發布各類治理和控制信息。

l        分布式彈性路由（DRR）：它使一個IRF分布式交換架構中多臺互聯在一起的交換機像一個統一的主動路由實體一樣工作，并能在所有交換機中智能地分配路由負載，使網絡的路由性能實現最大化。

l        分布式鏈路聚合（DLA）：它能實現網絡核心設備與網絡邊緣設備的全網狀互聯。

IRF具有高可用性、高性能、易治理、優化IT預算等優點。除此之外，支持IRF技術的交換機可以與企業現有的不支持IRF技術的交換機實現互操作。盡管不支持IRF技術的交換機將不會成為IRF分布式交換中心的組成部分，但是，這些交換機仍然可以通過鏈路匯聚技術、生成樹協議或者鏈路冗余技術被當作獨立的整體加以治理，冗余配置仍然有效。

IRF技術能夠構建具備高可用性和可伸縮性的網絡核心，其性能、配置能力和可伸縮性都能與網絡同步增長，從而避免集中式網絡核心設備需要面對一次性較大投入和物理限制等問題。因此，IRF技術能通過一種全新的“按需購買，漸進擴展”的策略幫助企業降低網絡總體擁有成本。

 IRF技術充分體現了分布和集中的有機結合。組成Fabric的各成員在二三層數據轉發、二層協議和路由狀態上都是獨立自主的進行處理。這些為可靠性和整體性能都帶來了莫大的好處。而對外界而言，各成員又抱成一團，不管是在路由協議、三層報文的轉發，還是治理上，都表現為一臺設備，共同擁有一個ip地址，集中進行配置、集中的日志輸出。

IRF組網方案

組網示意圖

圖一 IRF整網解決方案

圖一為IRF的整網解決方案示意圖。所有交換機都為支持IRF功能的交換機。其中兩臺核心交換機、服務器接入交換機、匯聚層交換機和接入層交換機都為IRF架構，各層次之間通過雙回歸鏈路進行連接。

單從圖上看，IRF組網與傳統方式的組網在拓撲上似乎并沒有什么太大的差別，頂多就是各層次間多了些連線而已。但正是這些看似復雜的連線，將網絡的可靠性、整體轉發性能提到了一個新的層次，但在治理上卻比傳統網絡更為簡單。

在圖一中，IRF組網方式中不同層次的網絡設備間都采用了雙回歸方式的鏈路連接，雖然物理連線比較多，但按照IRF的DLA技術組成了LACP組，使得IRF構架的網絡在提高網絡整體轉發能力的同時保障了網絡的可靠性。并且在將來隨著業務的發展，完全可以在各IRF Fabric中繼續添加新的IRF交換機，從而使網絡核心和邊緣都可以根據需要不斷提高性能。這也是業界里第一個通過一種技術就能夠同時對網絡的可靠性、可擴展性和網絡性能各方面都大有裨益的組網方式。

DLA（分布式鏈路聚合）的連接不但保障了線路沒有單點故障，而且答應LACP的一端連接在Fabric中不同的物理單元上，這也避免了設備單點故障引起鏈路全部中斷的風險，而且還能夠充分發揮LACP的鏈路負載均衡優勢。

好的網絡治理有助于及時發現網絡問題。在網絡的可治理性方面，IRF交換機組網具備有天生的無可比擬的優勢。其DDM（分布式設備治理）特點將分布與集中有機的結合在一起，將各個獨立的IRF交換機組成的Fabric當作一臺設備來進行集中式統一治理。不管是通過網管軟件、WEB還是TELNET、控制端口等方式進行治理，對外而言，看到的就是一臺設備，進行配置時，也只需對Fabric進行配置即可，而不必對每臺設備進行單獨的配置，如圖二所示。同時，Fabric也有集中統一的日志輸出。所以在邏輯上和網管視圖上，圖一中各網絡層次都只有一臺交換機，如圖三所示，大大簡化了治理界面。而且每個Fabric都僅需一個治理IP地址。實際上，即使通過每個Fabric中不同Unit的控制口進行治理，看到的也都是同一臺設備的治理界面。毫無疑問，在這種方式下，不但網絡的拓撲結構大大簡化，而且需要配置的設備數量也大大減少。這不管是對于網絡初期的安裝還是日后的維護，都帶來了巨大的好處。

圖二 分布構架，集中治理

圖三 IRF整網解決方案治理視圖

在有著更高可靠性的同時，相對于傳統的組網方式，IRF組網技術有著明顯的成本優勢，其組網原則就是“漸進擴展，按需購買”。由于IRF Fabric中Unit的增加可以提高Fabric的整體數據轉發能力，因此在用戶組網初期，完全不必考慮到將來發展等因素而去購買昂貴的遠超目前需求的核心交換機設備。而可以選用支持IRF的核心交換機，將來業務發展需要擴充性能時，則可以動態地加入新的IRF交換機設備，共同組成Fabric來提高整體性能。而IRF技術答應每個Fabric中的Unit都可以動態加入和撤離（類似于機架式交換機的熱插拔），因此完全能夠實現網絡的無縫升級。這種只需為眼前的需求買單的組網技術必將為用戶節省大量的設備投資。

IRF組網帶來的高可靠性優勢

組網架構的可靠性

IRF的分布式組網方式正所謂“不要把所有雞蛋放在一個籃子里”一樣，分布式特征答應設備分布在不同的物理位置上，消除了物理損害引起的致命性故障。

相對VRRP、STP等技術而言，IRF交換機的構架在可靠性上具有先天優勢。要害點在于IRF技術本身是著眼于多臺IRF交換機組合后的有機整體上，因此在采用IRF組網方式時，中心不在存在原VRRP組網時出現的負載分擔不均衡問題。而中心和邊緣也就相當與兩臺交換機的互連，不存在哪一條鏈路因為STP而阻斷的現象，而由于DLA的應用，LACP的同一端物理上可以連接在不同的交換機上，邏輯上卻仍然是一個整體，因此不但避免了設備的單點故障，而且充分發揮了LACP負載均衡的優勢。

IRF Fabric內所有單元都參與業務的運行，共同分擔負載。一旦某臺設備出現故障，其上的負荷將被其他單元接過去，而不會影響業務的正常運轉。同以往的1+1、N+1冗余機制相比，IRF在數據轉發處理上不分主備，都是主，也都是備，是一種1：N的冗余機制。

數據轉發的可靠性

IRF支持的分布式數據轉發可以將網絡負擔分配到Fabric中的每個單元上，各單元獨立完成轉發工作。配合DLA技術，則數據的轉發不會因為設備或鏈路的單點故障而受影響。

（1）分布式的二層轉發

在IRF Fabric中，各單元的mac表項由每臺設備獨立學習，并且可以進行遠程學習， 報文可以直接由接收設備通過內部互連鏈路轉發到其他單元上。當某個設備故障后，通過內部消息處理，各其他單元上所有與故障設備相關的表項都會被刪除，可避免報文不會被轉發到一個錯誤目的地址。

（2）分布式的三層轉發

在IRF Fabric中，各單元的三層表項由接收設備學習并通過內部通道同步到Fabric中的其他設備上，而當某個表項發生變化時，Fabric內其他設備都會馬上刷新表項。因此每個單元都可按照各自的三層FIB表來進行數據轉發。對于三層數據報文而言，整個Fabric作為一個整體，不論報文穿過了多少個Fabric內部單元，在跳數上只增加1。

路由狀態的可靠性

網絡可靠性的目標就是實現業務數據流的不中斷轉發。要實現這一點，除了2層的技術支持，3層路由的倒換更是技術難點。傳統的VRRP技術在實現上，將設備分成了主備，沒有形成一個整體，而對用戶雖然提供了一個虛擬的網關地址，但這個地址是要在兩臺設備間進行切換的，在切換過程中都會出現業務數據流的中斷現象。

IRF技術很好的解決了這個問題。由于IRF技術將Fabric中多臺設備作為一個整體來考慮，不存在主備路由切換的問題。在技術上實現了“路由協議熱備份”，做到了同一個Fabric中各個Unit上路由信息的嚴格同步，并且在其中一個或多個Unit出現故障的時候，其它Unit可以照常運行并迅速接管故障Unit的功能，此時，域內路由協議不會隨之出現中斷，二三層轉發流量和業務也不會出現中斷，從而實現了真正意義上的不中斷路由協議、不中斷業務的故障保護和設備切換功能。對用戶而言，整個IRF Fabric作為一臺設備治理所有的三層接口、進行路由協議的配置并且運行路由協議。

降低了投資成本

由于IRF交換機組網的分布式轉發特性，兩臺與傳統交換機同性能的IRF交換機組成的Fabric的轉發能力為各設備的累計和，這是傳統傳統交換機無法做到的。而由于可靠性的考慮，通常都要采用兩臺或多臺設備進行設備冗余。而IRF的出色之處就在于在保證可靠性的同時，還大大提高了Fabric的整體性能，使的IRF Fabric的可靠性和高性能有機的結合在一起，而不是象傳統方式那樣把可靠性和高性能分開實現。這樣在組網時，不必要追求過高的設備性能，從而節省了組網成本。

另外，因為IRF設備構成的架構可以逐步添加，這意味著IRF Fabric的性能也可以逐步提高，這些都為那些因為資源緊張，無法在初期作較大投入的企業的組網提供了新的選擇，可以采取“按需購買，漸進擴展”的原則來擴充網絡。