数据中心TRILL（透明交流）手艺白皮书

链接透明互联TRILL协议为数据中心虚拟化（虚拟机+网络）涤讪基础，可在数据中心内部高速网络实现，也可以用于毗连基于PPP链路的广域网络。

#交流机

宣布时间：2011-11-21
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我想谈论

在古板的数据中心折务器区网络设计中，通常将二层网络的规模限制在网络汇聚层以下，通过设置跨汇聚交流机的VLAN，可以将二层网络扩展到多台接入交流机，这种计划为服务器网络接入层提供了无邪扩展能力。

近年来，服务器高可用集群手艺和虚拟服务器动态迁徙手艺（如VMware的VMotion），在数据中心容灾及盘算资源调配方面得以普遍应用，这两种手艺不但要求在数据中心内实现大二层网络接入，并且要求在数据中心间也实现大规模二层网络扩展。

1.1服务器迁徙对数据中心网络的要求

对数据中心举行扩建或搬家时，需要将物理服务器从一个数据中心迁至另一个数据中心。在此历程中，思量以下两个因素，需要在数据中心间构建二层互联网络。

当服务器被迁至新机房，若未构建新老中心间的二层互联网络，则面临重新妄想新中心折务器IP地址的问题。同时还需修改DNS，或修改客户端应用程序设置的服务器IP。因此，构建跨中心的二层互联网络可保存被迁徙服务器的IP地址，进而简化迁徙历程。

在服务器搬家时代，经常在给定的时间内，只能将服务器群的一部分服务器迁至新中心，为包管营业一连性，需建设跨中心的服务器集群，因此构建跨越中心的二层互联网络可实现服务器平滑迁徙。

与服务器搬家类似的情形是“虚拟机迁徙”。目今，一些服务器虚拟化软件可实现在两台虚拟化的物理服务器之间对虚拟机做动态迁徙，迁徙至另一中心的虚拟机不但保存原有IP地址，并且还坚持迁徙前的运行状态（如TCP会话状态），以是必需将涉及虚拟机迁徙的物理服务器接入统一个二层网络（虚拟机在迁徙前后的网关稳固），这种应用场景要求构建跨中心的二层互联网络。

1.2虚拟化云盘算对数据中心网络的要求

虚拟化盘算手艺已经逐步成为云盘算服务的主要支持手艺，特殊是在盘算能力租赁、调理的云盘算服务领域起着很是要害的作用。

在大规模盘算资源集中的云盘算数据中心，以X86架构为基准的差别服务器资源，通过虚拟化手艺将整个数据中心的盘算资源统一笼统出来，形成可以按一定粒度分派的盘算资源池，如下图所示。虚拟化后的资源池屏障了种种物理服务器的差别，形成了统一的、云内部标准化的逻辑CPU、逻辑内存、逻辑存储空间、逻辑网络接口，任何用户使用的虚拟化资源在调理、供应、怀抱上都具有一致性。

虚拟化手艺不但消除大规模异构服务器的差别化，其形成的盘算池可以具有强盛的盘算能力（如下图所示），一个云盘算中心物理服务器抵达数万台是一个很正常的规模。一台物理服务器上运行的虚拟机数目是动态转变的，目今一样平常是4到20，某些高密度的虚拟机可以抵达100:1的虚拟比(即一台物理服务器上运行100个虚拟机)，在CPU性能一直增强(主频提升、多核多路)、目今种种硬件虚拟化(CPU指令级虚拟化、内存虚拟化、桥片虚拟化、网卡虚拟化)的辅助下，物理服务器上运行的虚拟机数目会迅猛增添。一个大型IDC中运行数十万个虚拟机是可预见的，目今的云服务IDC在营业妄想时，已经在思量这些因素。

虚拟化的云中，盘算资源能够按需扩展、无邪调理安排，这由虚拟机的迁徙功效实现，虚拟化情形的盘算资源必需在二层网络规模内实现透明化迁徙。

透明情形不但限于数据中心内部，关于多个数据中心配合提供的云盘算服务，要求云盘算的网络对数据中心内部、数据中心之间均实现透明化交流（如下图所示），这种服务能力可以使客户漫衍在云中的资源逻辑上相对集中(如在相同的一个或数个VLAN内)，而不必体贴详细物理位置；对云服务供应商而言，透明化网络可以在更大的规模内优化盘算资源的供应，提升云盘算服务的运行效率、有用节约资源和本钱。

1.3天生树在数据中心的问题

关于存储网络已经最先使用FCoE（以太网光纤通道）等新手艺将存储传输和IP传输融合到以太网毗连上，这需要一个大型的二层以及交流网络。另外关于盘算中心而言，集群盘算越来越多地使用虚拟机手艺来实现云盘算，而使用三层网络来构建的盘算中心网络保存诸多管理难题，典范的问题是虚拟机的迁徙，这增大了盘算中心管理本钱，于是盘算中心网络越来越倾向于扁平化的网络架构以便于维护管理，这也要求构建一个大型的二层交流网络。

数据中心间二层互联的要害 —— 端到端环路阻止。在数据中心间实现二层网络互联时，为了提升整网高可用性，必需包管数据中心互联链路冗余性，由此也带来了一个问题——二层环路。因此需要避免由一个远端数据中心的二层环路引起所有数据中心折务器接入网络的故障。消除二层环路手艺包括：在接入层网络使能天生树协议（STP）。

在构建二层网络方面，原先的标准——天生树协议（STP）因其一些固有缺陷将不再适合超大型数据中心的扩展。

STP在数据中心网络应用中的缺陷体现为以下几点：

1.STP是通过端口阻止来事情的，所有冗余的链路不举行数据转发，该方法虽然解决了二层数据环路的问题，却造成了带宽资源的铺张，而数据中心因其重大的数据通讯量，对带宽资源的铺张是难以接受的。

2.STP整网只有一棵天生树，其特点是所有结点交流机都只看到从它自身抵达根桥的枝干，若是一台桥装备要抵达相邻枝干上的桥装备，哪怕它们之间有直连的链路，数据报文都要经由根桥中转后才华抵达，这影响了整网的转发效率，同时造成磷迄桥的转发瓶颈，数据中心对数据转发的低延迟需求会对此提出刷新要求。

3.以太网数据帧是没有TTL的，这会造成一旦数据在二层网络中泛起环路，会造成整个网络连忙瘫痪，尤其是广播帧，这虽然不是STP协议的问题，但我们可归其为STP网络的问题。

4.当VLAN举行重设置的时间，STP（MSTP）会造成VLAN脱离，这关于数据中心网络而言也是很是严重的问题，尤其是存储网，由于存储网对不中止服务的要求很高。对云盘算和数据中心网络中，虚拟机迁徙更是致命的。

1.4TRILL透明交流标准

TRILL正是因应了STP的这些缺陷而爆发的，其目的正是解决上述STP保存的问题。TRILL是由IETF组织于2004年5月最先提出并建设事情组。

现在TRILL协议涉及如下RFC文档：

draft-eastlake-trill-rbridge-dcb-00 TRILL 在802.1qbb,802.1qaz,802.1qau上的支持

draft-ietf-isis-trill-01 ISIS 协议针对TRILL的支持

draft-ietf-pppext-trill-protocol-01 TRILL 在ppp上的支持