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1、H3C VCF纵向虚拟化技术架构 VCF纵向虚拟化技术架构文/刘刀桂 祁正林VM及其迁移驱动着数据中心大规模二层网络的开展，随着网络规模的扩大，网络设备数量随之增大，网络管理成为数据中心根底设施管理中的一个麻烦问题。同时，现代大数据中心对网络供应给效劳器的端口密度也提出了更高的要求，例如万台效劳器的规模已是互联网数据中心现实中的普遍需求。端口扩展技术作为提高接入设备端口密度的一种有效手段渐渐成熟并获得了业界的认可。VCF纵向虚拟化技术Vertical Converged Framework，纵向融合框架，以下简称VCF即是该技术的一种实现方式，满意数据中心虚拟化高密接入并可以简化管理。Cisc
2、o公司相类似的技术是FEX。VCF在纵向维度上支持对系统进展异构扩展，即在形成一台逻辑虚拟设备的根底上，把一台盒式设备作为一块远程接口板参加主设备系统，以到达扩展I/O端口实力和进展集中限制管理的目的。为表达便利，后文会把纵向VCF的建立和管理过程等与IRF传统的横向相关功能进展比照。IRF横向堆叠拓扑主要有链型和环形两种。设备按角色可分为Master和Slave。Slave在必须条件下可转变为Master，两者业务处理实力是同一水平的，只不过Slave处于“非不能也，实不为也”的状态。对于VCF即纵向来说，设备按角色分为CBControlling Bridge和PEPort Extender
3、两种。CB表示限制设备，PE表示纵向扩展设备，即端口扩展器或称远程接口板。通常来说，PE设备的实力缺乏以充当CB，管理拓扑上难以越级，处于“非不为也，实不能也”的状态。如图1所示，左边是框式设备或者是盒式设备各自形成IRF堆叠横向虚拟化系统，有环形堆叠和链型堆叠虚线存在的状况两种拓扑形式；右边是框式设备与盒式设备形成VCF纵向虚拟化系统简称 VCF Fabric，为便于比照CB由IRF堆叠组成。 图1. IRF横向虚拟化和VCF纵向虚拟化比照一般来说，对于IRF横向堆叠，限制平面由Master管理，转发实力和端口密度随着Slave增加而增加。对于VCF纵向 Fabric，限制平面由CB或IRF
4、中的Master管理，端口密度随着PE增加而增加，但总体上转发实力仍取决于CB设备。VCF可与IRF技术组合运用， 所形成的系统具有单一管理点、跨设备聚合以及即插即用等优点，同时加强了纵向端口扩展实力。1 VCF技术机制对VCF来说，CB角色可以由处理实力较强的盒式设备和框式设备担当，也可以是基于IRF技术建立的横向堆叠。PE一般来说是低本钱的盒式设备。实际应用中，CB角色多为横向堆叠，这样有益于PE上行冗余。以下技术说明以此为主。 1. 拓扑管理图2中CB角色是一个典型的IRF堆叠。PE角色为盒式设备。CB与PE互联口称为纵向 Fabric口，纵向 Fabric口是一个逻辑概念，可以是一个物
5、理端口或者多个物理端口组成的聚合口。CB与PE之间可以运用专用线缆或光纤连接。CB纵向Fabric连接PE纵向Fabric口图2. VCF典型拓扑PE依据组网须要可以连到一台或多台CB设备上，PE与PE之间不能再有其他连线。从模型上说，PE相当于CB的一块远程接口板。从功能上看，CB与PE间的纵向 Fabric连接相当于框式设备的“背板”。从管理上看，全部CB和PE设备组成一个堆叠，对外是一台设备，一个管理点。整个拓扑建立包括两个方面：一方面是多台CB设备依据IRF相关规那么和拓扑计算建立横向堆叠；另一方面是CB通过纵向 Fabric口向外发送HELLO报文，依据PE反应信息建立纵向 Fabr
6、ic。如图3所示，纵向 Fabric建立过程主要分为四步：? 第一步，完成扩展板编号Slot-ID的安排和获得。CB上VCF Fabric口使能后会周期性地发送探测报文，一旦Slot-ID安排完成那么停顿。? 其次步，完成软件的加载。包括PE发送加载恳求，CB供应版本文件描述信息，以及确认加载和加载完成等几个子过程。这其中，Bootware类似于个人电脑上的BIOS和App即主机软件的加载实现过程类似。? 第三步，PE以下载后的版本重启并完成在CB的注册。 ? 最终，CB向PE下发配置信息。 CBPEVCF Fabric口enabledSlot-ID已安排Hello：发送PE探测报文收到PE探
7、测报文Request：给全部UP状态的上行口发Slot-ID恳求报文把自己从交换模式切换为PE模式。然后重启进入Bootware。Response：回应槽位号Slot-ID恳求报文Request：发送软件加载恳求报文Response：版本文件描述信息Ack：回应加载确认选择应答最先到达的端口(Slot-ID)为加载端口进展bootware或app加载Ack：加载完毕确认Request：重启后，远程接口板注册完成接口板注册引导已下载的app重启下发配置信息 图3. PE参加以及VCF建立过程 2. VCF Fabric连接方式如前所述，PE到CB间纵向 Fabric连接类似于框式设备的“背板”，
8、为了增加带宽并使上下行流量保持适宜的收敛比，两者间链路通常由多个物理线路组成，逻辑上可采纳HASH方式来实现。这样一条链路Down，不会引起挂效劳器的下行端口Down，但带宽变小，相关流量也会重新进展HASH计算并安排到剩余链路上如图4所示。CB4条链路捆绑3条链路捆绑PE图4. VCF Fabric连接方式 3. PE管理 横向配置、Master选举以及整个堆叠建立和维护与IRF没有纵向功能前完全一样。纵向VCF加上PE后，建立过程相对困难一些，但本质上全部CB和PE形成一个单一的逻辑实体，可以通过任何一台CB上的用户管理接口，如Console口、Telnet或者网管口来进展配置和管理。IR
9、F横向系统运用成员编号Member-ID来标识和管理成员设备，在一个IRF中全部设备的成员编号是唯一的。成员编号被引入到端口编号中，便于用户配置和识别成员设备上的接口。类似地，在VCF纵向中，系统运用扩展板编号Slot -ID来标识和管理纵向扩展设备，在整个 系统中扩展板编号也是唯一的且同样被引入到端口编号中。假如CB是框式设备，这个编号也肯定不能与框式设备上已有接口板LPU的编号重复。在运用上两者机制稍有区分，成员编号Member-ID须要设备重启才能生效；而扩展板编号Slot -ID在CB上配置后可马上生效。 ? PE参加。当VCF系统有新的成员设备参加时，会依据系统所处状态或者PE设备的
10、状态采纳不同的处理过程。假设横向IRF已配置，且在CB上已为PE安排了Slot -ID。1此时PE以缺省出厂配置可即插即用。正常运行的纵向 VCF系统，当因某些外在因素引起断电或重启，系统不须要干预的状况下将自动复原。2运行过程中，PE可以通过纵向 Fabric口随时接入系统，CB会自动计算拓扑以防止新的PE接入时产生环路。从虚拟化的角度来看，这个过程相当于框式设备的接口板插入。当然，由于此时的“背板”链接是动态端口，须要进展拓扑计算以阻断环路；而实际的框式设备在初始化时已经完成了这一动作。? PE离开。PE离开相对来说简洁一些，当CB与PE链接电缆拔出或者对应端口Down掉，系统即产生远程接
11、口板离开事务。这一过程与框式设备的接口板拔出根本相同。4. 盒式设备作为CB盒式设备充当CB并下挂PE时，横向CB通过IRF互联形成的虚拟设备相当于一台框式分布式设备主控板；纵向PE通过VCF互联形成虚拟框式设备的分布式设备接口板或称线卡。横向IRF互联电缆模拟了交换背板中主控板互联，IRF中的Master相当于虚拟设备的主用主控板，Slave设备相当于备用主控板。同样地，纵向VCF的CB与PE间互联电缆模拟交换背板中接口板到背板的链接，PE设备相当于虚拟设备的I/O接口板。如图5所示，右边为虚拟化设备的逻辑视图。CBMasterSlaveSlaveSlave主用主控板左边Master备用主控
12、板左边Slave备用主控板左边Slave备用主控板左边Slave线卡#101左边PE线卡#101左边PEPEPEPEPE线卡#102左边PE线卡#n左边PE图5. 盒式设备作为CB时形成的VCF虚拟化设备 5. 框式设备作为CB框式设备充当CB并下挂PE时，对于横向，框式设备通过IRF互联形成的虚拟设备也相当于一台框式分布式设备，此时该虚拟框式设备拥有更多的主控板和接口板；对于纵向，PE通过VCF互联形成虚拟框式设备的分布式设备接口板。横向IRF中的Master的主用主控板相当于虚拟设备的主用主控板，Master的备用主控板以及Slave的主用、备用主控板均相当于虚拟设备的备用主控板同时可担当
13、接口板的角色；Master和Slave中的接口板接着担当接口板的角色，其中接口板的局部或者全部端口与PE相连。同样地，对于纵向，盒式PE通过VCF与CB相连一般来说是框式CB的接口板，PE设备相当于虚拟设备的I/O接口板如图6所示，右边为虚拟化设备的逻辑视图。CB主用主控板(Master MPU-A)MasterSlave备用主控板(Master MPU-B)备用主控板(Slave MPU-A)备用主控板(Slave MPU-B)线卡#1Master LPU线卡#2Master LPU线卡#mSlave LPUPEPEPEPE线卡#101左边PE线卡#101左边PE线卡#n左边PE图6. 框式
14、设备作为CB时形成的VCF虚拟化设备 2 VCF系统管理上文已提到整个 Fabric系统可作为一个逻辑实体，通过一个IP进展管理。但是系统层面如何进展软件版本管理，如何进展配置和如何通过即插即用来建立VCF系统的呢？ ? 软件版本管理。IRF在建立横向堆叠的时候会比拟版本，最终全部成员都会统一于Master的版本。对VCF来说， PE在参加堆叠时，从CB下载版本；当CB是IRF堆叠时，无论PE是否干脆与Master相连，都会从Master获得版本。因此，从结果看，整个堆叠系统版本都会与Master统一。横向堆叠Slave获得的版本与Master自身运行的版本是同步的；纵向 Fabric各PE获
15、得的是适合PE运行的局部。一般来说，CB和PE各自由不同的CPU和交换芯片等构成，因此事实上在CB或Master上有两个不同功能用途的软件包，系统启动或运行过程中会自适应各取所需。? 配置管理。整个 Fabric系统作为一个逻辑实体进展管理时，可通过IRF成员如Master或Slave的Console等进展配置；一般来说，PE不供应Console等配置口。对于VCF，当在CB上指定与物理端口或逻辑上的聚合端口相应的Slot-ID后，且PE已正常参加系统，此时便可通过CB对PE进展配置，例如PE上端口所属VLAN，QoS规那么等。系统保存配置后，PE对应配置信息保存在CB上。当系统重启或者更换PE时，PE对应配置信息也从CB上下发，即PE配置可以“继承”。? PE即插即用。PE相当于VCF虚拟化框式设备的一块接口板，实际框式设备通过热插拔来实现即插即用，为了实现类似功能和简化管理，PE通过纵向 Fabric口以及纵向 Fabric连接Up/Down事务感知支持即插即用。PE“插入”虚拟框的过程同图3纵向 Fabric建立过程，此处不再赘述。3 VCF上层限制协议VCF侧重对CB设备进展I/O端口扩展，除了和端口亲密相关的功能外，其他上层协议根本上都在CB上实现。这样做的好处自不待言，PE仅作
