仮想化データセンター向けレイヤー2テクノロジー

仮想化されたデータ センターでは、物理サーバーが仮想マシン (VM) と呼ばれる複数の論理サーバーに仮想化されます。各 VM は独立して実行でき、独自の OS、APP を持ち、ネットワーク レベルで独自の独立した MAC アドレスと IP アドレスを持ちます。 VM の動的移行とは、VM を 1 台の物理サーバーから別の物理サーバーに移行し、移行プロセス中に VM のサービスが中断されないようにすることを指します。

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動的な VM 移行を実現するためには、ネットワーク層で VM の IP アドレスが変更されないだけでなく、実行状態 (TCP セッション状態など) も維持される必要があります。これには、図 1 に示すように、移行の開始場所と移行先が同じレイヤー 2 ネットワーク ドメイン内にある必要があります。

図1 VMの動的移行

したがって、大規模かつ地域をまたいだ VM の動的移行を実現するには、VM 移行に関与する可能性のあるすべてのサーバーを同じレイヤー 2 ネットワーク ドメインに含め、大規模なバリアフリーの VM 移行を実現する必要があります。

これが、大規模なレイヤー 2 ネットワークの需要の起源です。本当に大規模なレイヤー 2 ネットワークは、大規模なレイヤー 2 ネットワークと呼ばれるには、少なくとも 10,000 台のホストを収容できる必要があります。

ただし、ループ、ブロードキャスト ストーム、xSTP プロトコルのパフォーマンス制限により、VLAN + xSTP に基づく従来のレイヤー 2 ネットワークは通常 1K 台を超えるホストを収容できず、大規模なレイヤー 2 ネットワークを実装することは不可能です。

現在、大規模なレイヤー 2 ネットワークを実装するための主なテクノロジは次のとおりです。

1. ネットワークデバイス仮想化技術

ネットワーク デバイスの仮想化とは、2 つ以上の冗長な物理ネットワーク デバイスを 1 つの論理ネットワーク デバイスに結合するプロセスです。このデバイスは、図 2 に示すように、ネットワーク全体で 1 つのノードとしてのみ表示されます。

CSS技術の応用の分析

Huawei の CSS フレーム スタッキング、iStack ボックス スタッキング、SVF フレーム ボックス スタッキング テクノロジーなど。

図2: CSS上に構築されたレイヤー2ネットワーク

ネットワーク デバイスの仮想化とリンク アグリゲーション テクノロジを組み合わせることで、ネットワークの元のマルチノード、マルチリンク構造を論理的にシングルノード、シングルリンク構造に変換し、レイヤー 2 ネットワークのループ問題を解決できます。ループ問題がなければ、xSTP は必要なくなり、レイヤ 2 ネットワークを大幅に拡張できます (仮想ネットワーク デバイスのアクセス機能が許す限り)。これにより、大規模なレイヤ 2 ネットワークを実現できます。

IRF技術の応用の分析

H3C IRF (Intelligent Resilient Framework) は、N:1 ネットワーク仮想化テクノロジーです。 IRF は、複数のネットワーク デバイス (メンバー デバイス) を 1 つのネットワーク デバイス (仮想デバイス) に仮想化し、これらのデバイスを単一のデバイスとして管理および使用します。

IRF 仮想化テクノロジーは、複数の物理デバイスを 1 つの論理デバイスに簡素化するだけでなく、ネットワーク層間の複数のリンク接続を 2 つの論理デバイス間の直接接続に変換します。したがって、複数の物理リンクをデバイス間で集約して 1 つの論理リンクにすることができ、複数の物理リンクによって発生するループの問題を回避しながら帯域幅を増やすことができます。図 3 に示すように、アクセス スイッチ、アグリゲーション スイッチ、コア スイッチはペアで仮想化され、レイヤーはデバイス間リンク バンドルによって相互接続されます。ネットワーク全体の物理トポロジは変更されませんが、論理トポロジはツリー構造になります。イーサネット フレームはトポロジ ツリーに沿って転送され、レイヤー 2 ループは発生せず、帯域幅利用率は最大になります。

図3 IRFに基づくレイヤー2ネットワークの構築

つまり、IRF を使用してレイヤー 2 ネットワークを構築する利点は次のとおりです。

ネットワークトポロジと管理を簡素化

デバイス数と管理負荷を削減

複数のデバイスを統合すると、パフォーマンスが効果的に向上します

複数のデバイス間でシームレスな切り替えを実現し、ネットワークHAパフォーマンスを効果的に向上します。

現在、IRF テクノロジーを使用してスタックできるフレーム スイッチの最大数は 4 です。つまり、IRF を使用してレイヤー 2 ネットワークを構築する場合、最大 4 台のアグリゲーション スイッチを使用できます。

2. 大規模なレイヤー2転送技術

大規模なレイヤー 2 転送テクノロジーは、新しい転送プロトコルを定義することによって従来のレイヤー 2 ネットワークの転送モードを変更し、レイヤー 3 ネットワークのルーティング転送モードをレイヤー 2 ネットワークに導入します。例えば、TRILL、SPBなど。

TRILL を例にとると、TRILL プロトコルは、元のイーサネット フレームの外部に TRILL フレーム ヘッダーをカプセル化し、新しいイーサネット フレームをカプセル化することで、元のイーサネット フレームの透過的な伝送を実現します。 TRILL をサポートするスイッチは、TRILL フレーム ヘッダー内のニックネーム識別子を介して転送することができ、ルーティングと同様に、ニックネームは IS-IS ルーティング プロトコルを介して収集、同期、更新できます。

3. オーバーレイ技術

オーバーレイ テクノロジーは、トンネル カプセル化を使用して、送信元ホストから送信された元のレイヤー 2 メッセージをカプセル化し、既存のネットワーク内で透過的に送信することで、ホスト間のレイヤー 2 通信を実現します。カプセル化とカプセル化解除により、既存の基本ネットワーク上に大規模なレイヤー 2 ネットワークを重ね合わせることに相当するため、オーバーレイ技術と呼ばれます。

オーバーレイ技術は、トンネルカプセル化を通じてベアラネットワークの構造と詳細を無視し、ベアラネットワーク全体を「巨大なレイヤー 2 スイッチ」として扱うことができます。各ホストは「スイッチ」のポートに直接接続されます。ベアラ ネットワーク内でデータがどのように転送されるかは、完全に「スイッチ」の問題であり、ホストからはまったく見えません。