虚拟化技术是数据中心的一个流行词，包括水平虚拟化、垂直虚拟化、一虚多虚拟化、NVO3虚拟化等。今天重点讲一下水平虚拟化。以华为CloudEngine12800系列为例，让小伙伴们了解这项技术的起源和发展历史，深入浅出地介绍各种水平虚拟化技术的特点，以及在各种场景下的应用。选择一个策略。水平虚拟化集群的由来数据中心网络发展初期，没有专门的数据中心交换机，怎么办？首先用最传统的VRRP+STP凑合用parkswitch。这是下面的经典校园网。.这种网络模型具有浓厚的经典和可靠公园的味道。但时间一长，问题来了：◆流量越来越大，STP阻塞导致链路利用率低；备节点设备空闲；◆STP网络规模有限，收敛性能差；◆管理节点多，逻辑拓扑复杂，维护麻烦。这些问题导致了对水平虚拟化的需求，模块化交换机集群率先出现。堆叠典型的模块化交换机堆叠有思科的VSS（VirtualSwitchSystem）、华为的CSS（ClusterSwitchSystem）、H3C的IRF（IntelligentResilientFramework）。VSS、CSS、IRF本质上都是堆叠的，只是穿了不同的马甲而已。当然，各个厂商也发展出了一些差异，这就是后话了。堆叠技术本质上是合并，管理面、控制面、转发面的综合合并。堆叠系统的主控板管理着两台物理设备的所有线卡和网卡，成为逻辑上的大交换机。但需要注意的是，堆叠的目的不仅仅是为了增加尺寸。站在网络的角度看逻辑拓扑，就变“高富帅”了！“高富帅”的主要表现形式：超级节点几乎翻倍的交换能力；层转发流量全负荷分担，充分利用所有链路；◆逻辑单节点，全面的业务支持，简单的网络方案设计；◆通过部署跨框架link-agg，支持物理节点故障保护；有利于网络的管理和维护。碎片化还有很多好处：◆最短路径转发，延迟低；◆与传统STP相比，可以构建更大的二层网络；◆Link-agg收敛性能，网络故障收敛块。在堆叠系统中，堆叠链路的带宽相对于业务端口的带宽总是不够的。这就要求转发的业务流量尽量避免经过堆叠链路。这就是所谓的流量本地优先转发。如上图所示，华为数据中心交换机堆叠系统支持本地优先级三层ECMP和链路绑定。本地优先级转发节省堆栈链路带宽，也减少转发延迟。除了上面提到的通用堆叠技术，华为CloudEngine12800系列数据中心高端交换机还针对堆叠可靠性做了重大的物理优化。stacking的优化可靠性优化（stackseparatedbycontrol）控制分离的栈也称为带外栈。这种优化的主要目的是高可靠性。业界大多数框式交换机的堆叠中，堆叠成员之间的控制通道和转发通道采用一条通道。华为CloudEngine12800系列数据中心交换机率先研发了控制分离的堆叠系统。这里的“中转”是指业务数据转发通道；“控制”是指控制消息（也称为“信令”）通道。在传统的帧式堆叠系统中，业务数据通道和控制消息通道都使用同一个物理通道，即堆叠链路。如下图所示：在这个堆叠系统中，控制消息和数据混合在一起运行。如果堆叠通道的数据流量较大，可能会导致控制消息受到冲击而丢失，从而影响控制面的可靠性。严格来说，这种设计不符合“数据面、控制面、管理面分离”的设计要求。另外，堆叠系统的建立依赖于线卡的启动，增加了软件的复杂度，影响了堆叠的启动速度。传输与控制分离的堆叠系统采用如下架构：硬件堆叠架构带来了一系列的可靠性提升：◆控制消息通道和业务数据通道物理隔离，保证业务数据不影响控制消息;◆三重双主故障保护，包括堆叠管理链路（4路）、堆叠转发链路（至少2路）、业务口/管理口DAD；◆堆叠系统的建立不再依赖线卡的启动，无软件时序依赖，简化了软件实现，简单意味着可靠；◆堆叠系统建立，不再等待线卡/网卡启动，缩短堆叠系统建立时间；◆控制消息通道路径短，故障点少，延迟低。Stacking改进后的limitationstackingsystem带来了前述系列的好处，但是慢慢的，不愉快的问题也逐渐暴露出来，这是stacking原理的本质所决定的。如上图所示，两台交换机通过管理平面、控制平面和数据平面的紧耦合组成了一个逻辑交换机。这导致以下三个风险或问题。◆全系统可靠性风险对于常见故障，堆叠系统可以通过链路倒换、主备板倒换、帧倒换等方式完成故障保护。但是，由于整个系统的两个物理交换机的软件（管理平面、控制平面）是紧密耦合的，这就增加了软件故障从一台交换机传播到另一台交换机的可能性。一旦发生此类故障，整个堆叠系统就会失效，影响所有连接到堆叠系统的服务。◆版本升级服务中断时间长。由于堆叠本身承担了业务保护功能，当堆叠系统升级时，其他节点无法像VRRP成员节点升级那样进行流量保护，中断时间比较长。对此，各厂商开发了双帧RoundRobin和ISSU升级方式。这些升级方式缩短了升级过程中的服务中断时间，但并未解决下述升级风险。甚至因为技术的复杂性和软件工程的复杂性，升级放大了升级风险。◆整个系统升级风险即使采用最传统、最简单的升级方式，设备软件版本升级也是一种有风险的网络操作。设备升级失败将导致设备承载的业务失败。在这种情况下，应该使用包括回滚在内的一切手段尽快恢复服务。由于堆叠系统中成员交换机之间的紧耦合，只能同时升级两台设备。如果升级失败，堆叠系统内所有业务网络将中断。另一方面，堆叠系统往往在接入层承担服务器双归保护接入的角色，或者在汇聚处承担高可靠网关的角色，这意味着升级失败可能导致整个服务瘫痪。Link-aggvirtualization（M-LAG）水平虚拟化，从需求的角度，是为了满足接入层的需求，汇聚层的二层跨设备冗余，三层网关的跨设备冗余聚合层。是否有其他技术支持水平虚拟化而不堆叠？答案当然是肯定的。华为CloudEngine系列数据中心交换机的M-LAG（MultichassisLinkAggregationGroup）就支持这种虚拟化技术。该技术仅在两台设备的link-agg级别实现二层虚拟化，两台成员设备的管理平面和控制平面相互独立。注意：维基百科将此技术称为MC-LAG（多机箱链路聚合组），CISCO将其称为vPC（虚拟端口通道）。下面使用维基百科的术语，简称为MC-LAG。MC-LAG支持跨设备链路捆绑组网，支持Dual-ActiveL3GW。在接入侧，从对端设备和服务器的角度来看，MC-LAG类似于一个堆叠。但是从三层网络来看，MC-LAG的两个成员节点有自己独立的IP地址，两个节点有自己独立的管理和控制平面。从架构上看，MC-LAG的两个成员设备只有数据面的耦合和协议面的轻耦合：MC-LAG的架构决定了该技术方案不存在三个难以解决的问题stacking：那么，说了这么多MC-LAG的好处，就没有缺点了吗？当然不是，尺码长，尺码短。***节对比了stacking和MC-LAG的优缺点，并给出了场景选择的建议。Stacking和MC-LAG的对比和选型建议根据上面的对比表，Stacking和MC-LAG各有优缺点。一般来说，对于网络设计人员和维护人员来说，堆叠在管理和维护方面更胜一筹，而MC-LAG在可靠性和升级风险低方面更胜一筹。在设计数据中心网络方案时，需要权衡取舍，可选择以下策略：◆策略一：汇聚层优先考虑可靠性和升级便利性，选择M-LAG；接入层设备量大，易维护，优先考虑业务部署，选择堆叠。◆策略二：可靠性优先，升级风险低，采用M-LAG汇聚接入。◆策略三：优先考虑业务部署和维护的便利性，采用堆叠方式进行汇聚和接入。
