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从STP到"去STP",园区网络高可靠技术的演进

发布日期:2023-08-16 10:42:32 来源:哔哩哔哩 分享

为了保证网络的可靠性,我们往往会对关键链路进行冗余设计,而这难免就会产生一个封闭的物理环路,但是以太网的转发机制又决定了不能有物理环路,一有环路,发给所有主机的广播就会在环路反复传播,这便是广播风暴,此时网络及应用的访问将会变得缓慢,发生网络丢包等,甚至导致网络完全中断。

广播帧泛洪对交换机的CPU影响巨大,会导致不能从本地或远程登录交换机,唯一的选择就是重启或拔线。然而,通常大型的网络中定位和发现网络环路的位置又是相当困难的事情。

为解决网络环路问题,一系列环路保护协议应运而生。其中比较有代表性便是STP(生成树协议)。


(资料图片仅供参考)

什么是STP(生成树协议)

生成树协议是计算机网络中用于构建网络拓扑的一种协议。它通过选择网络中的某些连接来构建一个无环图,从而避免了网络中的环路,保证了网络的正常运行。

生成树协议的运行比较复杂,简单来说,生成树算法(STA)会首先创建一个拓扑库,找出并关闭网络中的冗余链路。运行STP后,数据帧就只能在STP选定的最优链路上传输。

其中值得注意也最让人诟病的是,诸如STP这类防环协议的核心思想都是通过人为阻塞端口来破坏环路,代价就是冗余的链路只能闲置下来做备份。

随着技术进步,人们逐渐开始采用可堆叠交换机和MC-LAG等方式来实现网络的高可靠,它们在一定程度上改善了网络环境,不过也带来了新的问题。

交换机堆叠的优势和弊端

交换机堆叠技术可以将不同物理交换机的端口进行链路聚合,使得下行链路具备更高的带宽和弹性,因为参与堆叠的交换机在逻辑上已经虚拟成一台交换机,所以也不需要为避免产生环路而去人为阻塞线路。

尽管堆叠技术为堆叠组内的多台交换机提供统一的管理界面,但由于堆叠技术高度依赖于软件控制,设备软件升级以及故障替换极易影响业务正常运行,一旦发生软件故障,整个网络节点都将瘫痪。此外,堆叠交换机的厂商锁定问题也较严重,私有的协议和专用线缆,给扩容改造增加了限制或者额外支出。

MC-LAG技术的优势和弊端

堆叠方案逐渐被MC-LAG所取代。

MC-LAG方案是一种采用多个物理连接和多个设备的链路聚合方案,MC-LAG设备在提供统一转发面的时,控制面板是独立的,可以轻松地添加或删除物理连接,从而提供更好的扩展性。

但是,MC-LAG下的peerlink互联同样会占用端口资源,并且相对于堆叠,MC-LAG下两台设备逻辑上仍然是两台,运维复杂度更高。

去STP/堆叠/MC-LAG的新一代高可靠园区网络设计

为了追求网络的高可靠和高可用,大规模部署的二层以太网结构变得越来越复杂、但是健壮性变得越来越差,建设和维护成本都高居不下,那么有没有一种高可靠组网下的更简化的网络架构呢?

一个可行的思路便是压缩二层域,将云数据中心全三层的IP路由组网技术平移到园区网络。

云化园区网络架构从设计之处充分地考虑了环路规避、多路径转发、高可靠、多路径等因素,采用天然无环路的Leaf/Spine架构和轻量级的ECMP机制,基于L3的网络能力,在保证最高链路利用率和最低复杂度的前提下实现组网的可靠性。底层的网络架构得到了全面优化,传统的STP,堆叠,MC-LAG都不再需要了。

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