隨著IT技術(shù)日新月異的發(fā)展，云計(jì)算逐漸成為主流，深刻的改變了人們對于傳統(tǒng)IT的認(rèn)知。 而數(shù)據(jù)中心作為實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的重要載體，也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化，為了應(yīng)對全新的技術(shù)變革，市場上的新興產(chǎn)品、技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

毫無疑問，當(dāng)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大時，企業(yè)的運(yùn)維壓力也隨之增加，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的發(fā)展，剛好解決這一難題。虛擬化技術(shù)分為橫向虛擬化、縱向虛擬化、一虛多虛擬化、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等，今天就重點(diǎn)跟大家聊聊橫向虛擬化。

橫向虛擬化的

起源

在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，沒有專門的數(shù)據(jù)中心交換機(jī)。所以在早期的數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，IT工作者們延續(xù)了傳統(tǒng)的以太網(wǎng)經(jīng)典三層架構(gòu)來部署，即將網(wǎng)絡(luò)分為接入（access）、匯聚（aggregation）和核心（core），并運(yùn)行STP來阻止環(huán)路，延用了架構(gòu)也自然就繼承了他的缺點(diǎn)，傳統(tǒng)STP存在以下問題：

流量越來越大，STP阻斷導(dǎo)致鏈路利用率低；

非最短路徑轉(zhuǎn)發(fā)，樹根存在帶寬瓶頸，轉(zhuǎn)發(fā)時延大；

VRRP單活網(wǎng)關(guān)，備節(jié)點(diǎn)設(shè)備閑置；

STP網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限，收斂性能較差；

管理節(jié)點(diǎn)多，邏輯拓?fù)鋸?fù)雜，維護(hù)麻煩。

這些問題雖然在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中存在，但是瑕不掩瑜，STP到今天為止仍然在傳統(tǒng)園區(qū)網(wǎng)中被廣泛使用。但是到了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，其I/O更為密集，更加追求高效率和擴(kuò)展性。這些需求都是STP所難以實(shí)現(xiàn)的，很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展，這也成為STP技術(shù)必然被數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)淘汰的“硬傷”。

于是，橫向虛擬化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

最早的橫向虛擬化堆疊技術(shù)

堆疊是最早的橫向虛擬化技術(shù)，它是指將多臺支持堆疊特性的交換機(jī)組合在一起，從邏輯上組合成一臺交換設(shè)備。堆疊技術(shù)本質(zhì)上就是“合并”，管理平面、控制平面、轉(zhuǎn)發(fā)平面的全面合并，這臺邏輯設(shè)備不但具有唯一的管理IP，而且在各種L2和L3協(xié)議中也將表現(xiàn)為一個整體。對于上游和下游設(shè)備來說，它們看到這個堆疊組就是一臺交換機(jī)。對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員來說原本需要管理多臺設(shè)備，現(xiàn)在只需管理一臺設(shè)備即可。

堆疊技術(shù)不僅解決了STP的各種劣勢，并且存在一定的優(yōu)點(diǎn)，總結(jié)如下：

1、高可靠性

可實(shí)現(xiàn)堆疊系統(tǒng)多臺成員交換機(jī)之間的冗余備份，并且支持跨設(shè)備的端口聚合功能，實(shí)現(xiàn)跨設(shè)備的鏈路冗余備份。

2、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力

通過增加成員交換機(jī)，可以輕松的擴(kuò)展堆疊系統(tǒng)的端口數(shù)、帶寬和處理能力；同時支持成員交換機(jī)熱插拔，新加入的成員交換機(jī)自動同步主交換機(jī)的配置文件和系統(tǒng)軟件版本。

3、簡化配置和管理

一方面，用戶可以通過任何一臺成員交換機(jī)登錄堆疊系統(tǒng)，對堆疊系統(tǒng)所有成員交換機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一配置和管理；另一方面，堆疊形成后，不需要配置復(fù)雜的二層防環(huán)協(xié)議和三層熱備份路由協(xié)議，簡化了網(wǎng)絡(luò)配置。

堆疊技術(shù)的不足

但隨著時間的推移，堆疊技術(shù)的缺點(diǎn)也逐漸暴露，這是由堆疊原理本質(zhì)所決定的。主要原因是在一個堆疊系統(tǒng)內(nèi)，管理平面、控制平面、數(shù)據(jù)平面的完全合并，會導(dǎo)致如下問題：

a. 堆疊系統(tǒng)的軟件升級 由于堆疊本身承擔(dān)了業(yè)務(wù)保護(hù)功能，因此當(dāng)堆疊系統(tǒng)升級時，不能像VRRP的成員節(jié)點(diǎn)升級時由另外一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行流量保護(hù)，中斷時間比較長。雖然有類似ISSU的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不中斷升級，但I(xiàn)SSU的適用范圍，僅限兩個版本差距極小的情況，常規(guī)交換機(jī)系統(tǒng)升級都需要堆疊的多臺設(shè)備同時重啟。甚至因?yàn)榧夹g(shù)復(fù)雜度、軟件工程復(fù)雜度的提升，放大了升級風(fēng)險。

在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中斷幾乎是無法忍受的，所以數(shù)據(jù)中心“去堆疊化”已經(jīng)逐漸成為了一種趨勢。

b. “腦裂”問題 交換機(jī)之間互聯(lián)的堆疊線路出現(xiàn)故障或者異常時，將導(dǎo)致堆疊分裂。雖然不常見，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中仍會遇到。分裂后，等同于網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)了兩臺配置完全相同的交換機(jī)，造成網(wǎng)絡(luò)配置沖突，最終導(dǎo)致堆疊系統(tǒng)所承載的業(yè)務(wù)中斷。

c. CPU使用率過高 我們可以設(shè)想如下場景，兩臺雙引擎核心設(shè)備做堆疊，主設(shè)備的主引擎需要協(xié)調(diào)2個機(jī)框共4個引擎的堆疊信令，導(dǎo)致堆疊信令處理加倍，CPU使用率陡增。另一個原因是業(yè)務(wù)協(xié)議報文處理增倍，如STP、802.1X、OSFP、MPLS等，2個機(jī)框堆疊提供了翻倍的連接，每個連接上都運(yùn)行各種協(xié)議報文。而交換機(jī)堆疊后，為了實(shí)現(xiàn)多框間同步，2個機(jī)框共4塊引擎中僅有1個引擎處于工作狀態(tài)，4個CPU的壓力集中到1個，極易造成CPU過高導(dǎo)致宕機(jī)重啟等風(fēng)險，例如正常情況下單機(jī)引擎CPU負(fù)載30%，在2個機(jī)框堆疊情況下可能就已經(jīng)達(dá)到100%。

綜上所述，堆疊技術(shù)在數(shù)據(jù)中心環(huán)境

顯然已不是最優(yōu)的選擇

那是否有其他的虛擬化技術(shù)

既可以繼承堆疊的優(yōu)勢，又可以規(guī)避掉它的劣勢呢？

答案是肯定的

vPC技術(shù)優(yōu)勢

vPC（virtual Port-Channel）就是這樣的虛擬化技術(shù)，堆疊是整機(jī)級別的虛擬化，vPC則是接口級的虛擬化，它把機(jī)框堆疊中的跨設(shè)備鏈路聚合加強(qiáng)了，即跨設(shè)備的鏈路聚合。

同一個vPC組內(nèi)的兩臺成員設(shè)備的管理和控制平面是獨(dú)立的，從接入設(shè)備的視角來看，vPC與傳統(tǒng)堆疊類似，它看到的就是一臺邏輯的交換機(jī)。但是從三層的角度看，vPC的兩個成員都擁有獨(dú)立的IP地址，兩個成員僅存在數(shù)據(jù)層面的合并，而管理和控制層面都是相互獨(dú)立的。

vPC的部署拓?fù)淙缟蠄D所示，它與前面的傳統(tǒng)部署方案相比的優(yōu)勢在于：

1.允許下行設(shè)備通過port-channel跨兩個不同的上行設(shè)備，增加了上行帶寬；

2.避免了以太網(wǎng)環(huán)路，也就不需要增加生成樹（STP）的功能，解決了因?yàn)樯蓸涔δ芏a(chǎn)生的block端口；

3.當(dāng)鏈路或是設(shè)備出現(xiàn)故障，可以實(shí)現(xiàn)快速的故障恢復(fù)；

4.雙活，確保高可靠性。