今天的組播網絡

隨著信息技術的迅猛發展，鋪天蓋地的網絡已逐漸融入到人們生活當中，已成為人們生活和工作中不可或缺的一份，尤其是現代年輕人把更多的學習和娛樂時間投入到計算機網絡中，計算機網絡也逐漸變成人們學習和娛樂的主要途徑。如何給用戶提供一個高帶寬、高可靠性、高性能的多媒體視頻服務，成為擺在服務商面前的一大難題。

傳統的多媒體業務是每個用戶通過單播的形式跟服務器連接。當點播用戶增多時，服務器上建立的連接也隨之增多，導致提供業務的服務器異常繁忙。一臺性能極高的服務器才能給眾多用戶提供多媒體業務，重復相同的高帶寬多媒體數據會增加網絡流量，造成嚴重的網絡阻塞。這時組播路由協議的出現解決了單播方式運行多媒體業務的諸多弊端，給整個網絡中傳輸多媒體業務提供了技術保障。雖然以這種全新的組播方式提供多媒體業務成為可行，但是目前網絡的可靠性低、網絡性能不高、投資大等不利因素，導致不能給客戶以低廉的成本，提供一個高質量的組播業務，大大影響了組播業務的推廣和普及。

現今的組播網絡有以下幾個特點。

高投資換來的可靠性

網絡的高可靠性是指系統以有限的代價換取最大運行時間，將故障引起的服務中斷損失降到最低。系統一方面需要盡量減少硬件或軟件故障，另一方面必須對重要資源有相應備份。故障即將出現時，系統能迅速將受影響的任務轉移到備份資源上繼續提供服務。

網絡的高可靠性一般在系統、組件和鏈路三個級別上實現。系統級的高可用性要求網絡拓撲必須有冗余節點和備份設計，例如在一個網絡節點上配置多臺交換機并指定其中一臺為主交換機，然后通過VRPP技術使得其余多臺交換機均作為主交換機的備份；組件級的高可用性著眼于網絡設備自身，要求網絡設備具有冗余部件和熱備份機制, 例如需要配有雙電源、雙主控之類的備份組件；鏈路級的高可用性要求傳輸線路必須有備份，假如主要數據通路中斷，備用線路將迅速啟用，鏈路冗余在技術上體現為STP/RSTP/MSTP（后面統稱為STP）、鏈路聚合技術等。

采用以上技術后，網絡運行的大部分時間內，這些設備不會參與整網的數據轉發，是一種閑置冗余的設備或鏈路來保障網絡可靠性的，是一種高投資換來的高可靠性。

單一的端口擴展

用戶的多樣性和不確定性給服務商提出了另一個要求，必須以靈活的組網方式來應對不可預見的客戶群變化，降低風險。當用戶增多時，服務商盲目增加設備，擴大容量。由于新增的交換機跟原有的交換機沒有組成一個整體，導致網絡設備的性能下降，網絡治理更復雜，最后會影響整個網絡的正常運行。

網絡治理復雜

今天組網方式中，可以采用多種方式對網絡設備進行治理，從帶寬角度而言，分為帶內治理和帶外治理，帶內治理包括WEB方式、網管軟件（SNMP）方式、遠程TELNET方式，帶外治理包括通過設備的控制端口進行治理等。

由于帶內治理在自身網絡中運行，因此用的更為頻繁，但其要求設備必須要有唯一的ip地址。而傳統模式下，除了部分堆疊方式外，大都要求被網管的設備必須配備IP地址。這對于數量較少的核心交換機可能不算什么，但對于數量龐大的網絡邊緣交換機而言，不但增加了配置的復雜程度，而且還占用了大量的地址空間。即使是對于工作在使用一個IP地址的堆疊模式下的交換機，治理界面上看到的仍然是堆疊在一起的各個交換機，而不是一個真正的整體，具體的配置仍然是對各交換機單獨配置。

投資效率太低

今天的交換方式組網中心都是機架式交換機，邊緣是盒式交換機。由于現有的技術都不能在實現冗余的前提下較好的解決負載分擔問題，因此用戶在初期購買設備時，單臺中心交換機的性能就必須能夠滿足整網的數據流轉發要求，考慮到今后的發展，對設備的性能要求更是遠遠高于建網時實際的需求。這樣中心的設備需要一次性購買整個機架，加大了組網的成本，而且從可靠性角度而言，還要購置同樣的設備卻僅僅用來作為備份，大大的降低了投資效率。而當日后中心設備的性能不能滿足發展的需求時，又只能重新購買新的核心設備，這時有可能出現原有設備在中心則性能不足，在邊緣則性能過剩的尷尬局面。不能很好的進行投資保護。

問題的解決

從前面提到的問題看，現有企業網模式中，從中心到邊緣交換機都是各自為戰，比如中心的兩臺交換機，不管是在數據報轉發還是路由協議處理上都是各作各的。并沒有形成一個整體。兩者間的聯系不過就是通過VRRP和STP技術來實現冗余互備罷了。而這些技術使得兩臺心交換機在對同一網段的數據包處理上實際上只能有一臺起作用，極大的浪費了設備資源和鏈路資源。這實際上是一種負荷集中的組網方式。

針對這個問題，我們希望有這么一種技術，能夠將處于同一地位，起同樣功能的多臺設備邏輯上組成一個整體，在正常運轉中多臺設備共同承擔負載，而當一臺設備或鏈路出現問題時，其他設備和鏈路可以將故障設備的負載接過來，不會影響業務的正常運轉。而需要擴展網絡時，只需再加一臺交換機到邏輯整體中即可。而在治理上，邏輯上的整體也完全表現為一臺設備。這種技術必將極大的提高網絡的可靠性、可擴展性和治理性。同時也會降低初期的組網成本。

這就是華為3Com推出的IRF技術。

使用IRF技術的組播網絡

IRF概述

IRF的含義就是智能彈性架構（Intelligent Resilient Framework）。

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（如圖1所示）。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，大大提高了設備的可擴展性；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所有設備的全新理念的網絡設備。

圖1  IRF交換機

IRF技術的三大組成部分

DDM（分布式設備治理）：外界可以將整個fabric看成一臺整體設備進行治理，用戶可以通過CONSOLE、SNMP、TELNET、WEB等多種方式來治理整個fabric。

DRR（分布式彈性路由）：fabric的多個設備在外界看來是一臺單獨的三層交換機。整個fabric將作為一臺設備進行路由功能和轉發功能。在某一個設備發生故障時，路由協議和數據轉發可以不中斷。

DLA（分布式鏈路聚合）：支持跨設備的鏈路聚合，可以在設備之間進行鏈路的負載分擔和互為備份。

IRF具有高可靠、易擴展、易治理、高效投資率等優點。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分布式彈性路由技術，分布式鏈路聚合技術、分布式二層協議來實現互操作，完全可以實現IRF的優點，用戶可以逐步平滑升級現有網絡。

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。

下面對IRF網絡的優點做個分析介紹。

高擴展性

端口擴展

當接入的用戶數增加到原交換機端口密度不能滿足接入需求時，可以通過增加新的交換機，并與原有的交換機組成IRF Fabric整體。由于新增的交換機跟原有的交換機組成一個整體，對網絡治理方面不會增加任何復雜性，用戶就像治理一臺交換機一樣，輕而易舉的實現對多臺交換機的治理。這種擴展方式目前IRF技術可最多支持8臺交換機。

處理能力擴展

組播數據的復制交換一直是消耗系統資源的一個難題。當接入網絡的交換機轉發能力不能滿足需求時，同樣可以通過增加新交換機與原交換機組成IRF Fabric。由于IRF fabric系統實現了分布式組播數據轉發，每臺交換機都能夠分別對組播數據同時進行轉發處理。分布式IGMP-snooping的實現，使fabric內每條鏈路上只有一份組播數據流，把組播數據復制交換這種消耗系統資源的工作分散在fabric系統內的每一個unit上去做，使每個unit分別負擔組播轉發，大幅提高了組播數據轉發性能和整體fabric系統的交換處理能力。若一臺交換機轉發能力為64M PPS，則通過增加一臺交換機進行擴展后，整個Fabric的轉發能力為128M PPS。

帶寬擴展

運行多媒體組播業務會占用很大帶寬。IRF的帶寬擴展方式是依靠于LACP技術。IRF的分布式鏈路聚合技術是在LACP基礎上，解決了LACP的同一匯聚組的同一側只能連在同一臺物理設備上的弊端。IRF帶寬擴展方式答應中心交換機同時連接兩臺邊緣交換機并與其形成一個LACP組。實際上，由于IRF技術的使用，對中心交換機的而言，邊緣交換機的數量并沒有變化，物理上的兩臺交換機看起來就是一臺交換機。因此，即使中心交換機不支持IRF特征，它也可以與其他支持IRF特征的交換機或IRF Fabric組成LACP匯聚組。這種靈活的帶寬擴展技術解決了現今組播網絡中的帶寬瓶頸問題。

高可靠性

組播路由協議的可靠性

IRF的分布式彈性組播路由技術是具有獨立知識產權的一種熱備份技術。該技術將fabric內部多臺unit上實現組播路由信息的嚴格同步，當其中一臺unit出現故障時，其它unit可以迅速接接管組播路由協議的運行，實現路由協議無縫切換，保證組播數據轉發不中斷，不影響組播業務。

組播數據轉發的可靠性

由于IRF Fabric系統實現了分布式組播數據轉發，每臺交換機都能夠分別對組播數據同時進行獨立轉發處理。這跟傳統堆疊設備上的集中數據轉發比較，大大提高了fabric系統的交換轉發能力。IRF實現分布式組播數據轉發后，組播數據在入端口和出端口之間尋找最短路徑，跨越最少的unit，從出端口轉發出去。當fabric系統中的一臺unit發生故障時，分布式組播數據轉發技術將在報文的入端口和出端口之間尋找另一條最短的鏈路轉發出去，提高了組播數據轉發的可靠性。

數據鏈路的可靠性

分布式鏈路聚合技術中，LACP的同一端物理端口可以連接在不同的交換機上，邏輯上卻仍然是一個整體。當某條聚合的鏈路發生故障時，數據業務自動切換到其它的聚合鏈路上，實現了數據鏈路的高可靠性。

組網架構的可靠性

分布式彈性組播路由技術、分布式組播數據轉發和分布式鏈路聚合技術把可靠性技術提高到一個嶄新的起點。IRF fabric系統的可靠性是從路由協議、轉發和鏈路等三個不同的層次上實現的。這比以往的1+1、N+1冗余機制相比，IRF系統在互相備份時，不分主備，不分你我。系統正常運行時每個unit都參與到整個系統的轉發，當某一臺unit發生故障時，其它所有unit共同作為備份，實現了1：N的冗余備份機制，這種技術以低廉的成本實現了整網的高可靠性。

高度集中治理

IRF fabric系統中的多臺設備在治理上就相當于一臺設備，具有一個單一的IP地址，不管是通過WEB、SNMP網管軟件、TELNET還是直接通過控制口治理，展現在網絡治理員面前的只有一臺設備，即使通過各交換機自身的控制端口來治理，看到的也是一個Fabric的整體設備。對設備配置時一次就可以配置所有交換機，而且Fabric有統一的日志輸出。這些特點，不但減少了設備治理需要的IP地址，節約了寶貴的IP地址資源，同時減少了治理單元的數量，使復雜的網管工作簡單化，給維護工作也帶來了很大的便利。

高效投資率

IRF技術的靈活擴展性、1:N的冗余備份機制和高度集中治理使用戶能夠隨時隨地向網絡增加新unit或撤離unit，不需要去一次性購買昂貴的性能遠超目前需要的機架式設備，不僅降低了升級成本，還保護了已有網絡的投資。同時網絡上的新技術層出不窮，“按需購買”的方式也避免了技術風險，極大的保護了投資者的利益，大大增加了投資者的信心。

IRF組播網絡

圖2  IRF組播組網示意圖

圖2為IRF的組播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2中，接入層交換機上采用了IRF設備，支持靈活自如的擴展。隨著用戶的增加和減少服務商可以隨意擴容。接入層交換機和匯聚層交換機之間可以根據組播業務的需求，通過鏈路聚合來完成任意的帶寬擴容。圖2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的分布式鏈路聚合技術組成了鏈路聚合組，使得IRF構架的網絡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。

總結

使用IRF技術的組播網絡，從根本解決了高擴展性、高可靠性、易治理性和低成本之間的矛盾，徹底改變了現有組播網絡觀念和模式，帶來了高可靠、低成本、易治理、易擴展的全新組網方式。這必將在現今日新月異的數據通信網絡建設大潮中大顯身手，會把多媒體組播業務推廣到人們生活的每一個角落。