数据中心IRF虚拟化网络架构与应用1 概述网络已经成为企业IT运行的基石，随着IT业务的不断发展，企业的基础网络架构也不断调整和演化， 以支持上层不断变化的应用要求。

在传统数据中心网络的性能、安全、永续基础上，随着企业IT应用的展开，业务类型快速增长、运行 模式不断变化，给基础网络带来极大运维压力：需要不断变化结构、不断扩展。

而传统的网络规划设计依 据高可靠思路，形成了冗余复杂的网状网结构，如图1所示。

图1 企业数据中心IT基础架构网状网 结构化网状网的物理拓扑在保持高可靠、故障容错、提升性能上有着极好的优势，是通用设计规则。

这样一种依赖于纯物理冗余拓扑的架构，在实际的运行维护中却同时也承担了极其繁冗的工作量。

多环的二层接入、full mesh的路由互联，网络中各种链路状态变化、节点运行故障都会引起预先规划配 置状态的变迁，带来运维诊断的复杂性；而应用的扩容、迁移对网络涉及更多的改造，复杂的网络环境下 甚至可能影响无关业务系统的正常运行。

因此，传统网络技术在支撑业务发展的同时，对运维人员提出的挑战是越来越严峻的。

随着上层应用不断发展，虚拟化技术、大规模集群技术广泛应用到企业IT中，作为底层基础架构的网 络，也进入新一轮技术革新时期。

H3C提供的网络虚拟化技术IRF2，以极大简化网络逻辑架构、整合物理 节点、支撑上层应用快速变化为目标，实现IT网络运行的简捷化，改变了传统网络规划与设计的繁冗规则。

22.1基于 IRF 虚拟化的数据中心 server farm 网络设计数据中心的应用架构与服务器网络对于上层应用系统而言，当前主流的业务架构主要基于C/S与B/S架构，从部署上，展现为多层架构的 方式，如图2所示，常见应用两层、三层、四层的部署方式都有，依赖于服务器处理能力、业务要求和性能、 扩展性等多种因素。

图2 多层应用架构 基础网络的构建是为上层应用服务，因此，针对应用系统的不同要求，数据中心服务器区的网络架构 提供了多种适应结构，如图3展示了4种H3C提供的常用网络拓扑结构：图3 多种数据中心server farm结构 根据H3C的数据中心架构理解和产品组合能力，可提供独立的网络、安全、优化设备组网，也可以提 供基于框式交换平台集成安全、优化的网络架构。

Server farm 1&2是一种扁平化架构，多层应用服务器(WEB、APP、DB)群共用同一网关，适用于一般规模服务器群，可扩展性有一定限制，网关层控制策略比 较复杂；server farm 3&4是一种展开式架构，与应用的多层访问架构保持了一致性，具有更清晰的数据流路 径，更强的业务扩展能力和良好的策略控制能力。

2.2数据中心 server farm 交换网络 IRF 虚拟化设计方案对于传统的数据中心服务器区交换网络，如图4所示，针对无环设计和有环设计有多种选择方案。

图4 传统的多种服务器区接入网络拓扑 而在数据中心实践更为通用的是采用环路接入拓扑模式，以生成树协议(MSTP)配合第一跳网关冗余协 议(VRRP)提供服务器接入的可靠性，同时，服务器又以多网卡连接网络进一步提供冗余能力。

图5提供常用 的三种接入设计方法，虽然这几种方式已经成为数据中心接入设计的最佳实践，但从网络的拓扑设计、环 路规避、冗余备份等角度考虑，设计过程是极其复杂的。

如VLAN的规划、生成树实例的拓扑阻塞、网关冗 余选择，包括相应技术的参数选择、配置，故障切换的预期判断等，需要一套十分详细的流程，而在后期 网络运行维护过程中面临的压力和复杂度是显而易见的。

图5 生成树+VRRP的设计方式 引入虚拟化设计方式之后，在不改变传统设计的网络物理拓扑、保证现有布线方式的前提下，以IRF的 技术实现网络各层的横向整合，即将交换网络每一层的两台、多台物理设备使用IRF技术形成一个统一的交 换架构，减少了逻辑的设备数量，如图6所示图6 IRF对网络横向虚拟化整合过程 在虚拟化整合过程中，被整合设备的互联电缆成为IRF的内部互联电缆，对IRF系统外部就不可见了， 原来的两台设备之间的捆绑互联端口因归属的VLAN三层接口网段均能被其它设备可达(如ping通)，而归属 到IRF系统内部后，不对互联电缆接口进行IP配置，因此隔离于IRF外部网络。

虚拟化整合后的IRF系统，对外表现为单台物理设备，因此，在保持基本网络互联条件下(图6左边组网 图所示)，可将一对IRF系统之间的多条线缆进行链路捆绑聚合动作(图6中间组网图所示)，从而将不同网络 层之间的网状互联简化成单条逻辑链路(图6右边组网图所示)。

IRF组网条件下，对整个网络的配置管理情况就发生了很大变化：原来的多台物理设备现在成为一台逻辑设备，其中的所有IRF成员可以统一管理配置，因为也只有一个管理IP，不需要登陆到不同设备去各自管 理运维了，可以直接对所有端口、VLAN等特性进行配置，如图7所示。

图7 IRF组网的网络配置管理方式 对于接入层设备来说，以Top of Rack接入为例：一般使用两台接入交换机对同类业务系统服务器进行 接入，以满足服务器双网卡的上行要求。

使用IRF进行网络简化时，对网络汇聚层或服务器网关层的虚拟化 整合是必要的，因为这是消除生成树和VRRP的关键网络层。

对接入层网络来说，可以有图8所示的两种选 择：图8 接入层不同的IRF应对方式 第一种，保持原有网络拓扑和设备独立性不变，如图8所示的方式A，将汇聚网关层IRF虚拟化，Top of Rack交换机双归属上联的两条链路直接进行捆绑，消除了环路，服务器网卡归属到独立的两台交换机。

第二种，在Top of Rack两台交换机之间增加IRF互联线缆，使得接入层也实现虚拟化整合如图8方式B， 服务器双网卡连接的两台交换机虚拟化成一台，则这两台交换机的所有上联线缆可实现跨设备的捆绑，进 一步减少逻辑链路数，方式B还可实现更多的接入层设备整合，网络物理设备与逻辑节点的整合比可大大超 过2:1。

对于服务器而言，上行到IRF系统的所有网卡如同接入一台交换机，可满足各种工作模式，特别是服务 器的双网卡捆绑方式，如图9所示。

除了支持网卡主备模式，对于网卡需要捆绑(LACP功能)的业务要求，由 于IRF本身可支持跨设备的链路聚合，因此服务器多网卡上行到一个IRF系统的不同交换机均可实现捆绑， 实现网卡吞吐带宽增强和提升可靠性。

图9 基于IRF的服务器多网卡适配 在实施数据中心IRF架构中，VLAN和IP的设计变得十分简单，在网络各层互联上使用链路捆绑方式在 多条物理链路上虚拟出了一个聚合层，也就是捆绑后的逻辑链路，因此聚合组替代了原来的物理端口成为 VLAN设计的考虑因素，因为聚合/捆绑后的交换机端口群(可能分布在IRF不同的成员上)被视为单个逻辑端 口使用。

由于网络采用IRF设计中，已经消除了环路，在不考虑生成树协议条件下，VLAN的设计在满足业务连 通性上已经十分简单。

图10 基于IRF的VLAN、IP设计 如图10所示，在接入层配置了A-H共8个接入VLAN，用于数据中心8类服务器接入，分属到两个业务网 关层。

核心层与网关层(汇聚层)均采用IRF实现每层两台设备的虚拟化整合， 而接入层分别采用了两种方式： 左边模块Top of Rack接入不进行IRF虚拟化；右边模块采用IRF虚拟化横向整合。

对于VLAN A，服务器上联到两台Top of Rack交换机，每台交换机双上行捆绑到网关，逻辑上形成了一 个倒V的拓扑，VLAN A在网关的IRF系统上只需配置一个IP地址10.1.1.1/24。

对于VLAN H，由于右边模块下的Top of Rack交换机以IRF形式接入服务器，服务器的双网卡所在的两 个端口只表现为一台交换机同一VLAN H的两个端口，上行只有一个逻辑链路，因此VLAN H简单地通过此链路终结在汇聚层网关上，只需配置一个IP地址10.2.4.1/24. 核心层与汇聚层之间的连接也简化为只通过一个VLAN进行三层互联了， 将本来full mesh全连接的网状 网变成了简单的单逻辑链路连接。

图11 IRF网络架构对路由设计的简化 如图11所示，左图网络结构中，三层互联链路成网状，所需网段也很多，且一般一条物理链路对应一 个互联网段，在运行动态路由、使能接入环路生成树条件下，任意物理链路的故障(Up/Down)都会引起网络 路由的振荡、VRRP状态变化或生成树的重新计算，同时可能引起应用系统业务流的中断(在协议计算收敛 条件下的业务恢复时间可达到数秒甚至分钟级)。

而图11右边采用IRF的网络结构，网络节点之间以多链路捆绑组模式互联(普通方式下为1～4条物理链 路)，捆绑组中任意一条物理链路发生故障(引起Up/Down)，由于整个捆绑组在逻辑上仍然有效，接口状态 正常，整个网络拓扑没有变化，因此不会引发上层路由协议重计算，极大保持了网络稳定运行。

同时基于 IRF的网络架构所需互联IP大量减少，减少了网络可管理的IP对象，也消除了潜在隐患。

此结构中，动态路 由设计面对的网络区域，也因架构横向整合而使得动态路由区域可能变成了简单的链状，参与路由计算的 节点大量减少，设计上更简单和易稳定。

图12 面向server farm多层应用架构的IRF组网 对于数据中心应用的多层架构，按图5的组网模式，采用IRF技术进行改良，如图12所示，端到端的IRF设计可以将大规模数据中心网状网变成线性/树状辐射网，在网络每一层具有灵活扩展能力、简单配置管理 方式，提升网络的运行管理效率。

对于数据中心已有核心，扩建业务模块的网络设计，可在汇聚/网关层以下的网络层次使用IRF技术进 行构建。

图13 在现有数据中心采用IRF架构扩建新业务模块 如图13所示左图，新建业务模块的网络连接与已有业务模块区可采用相同连接拓扑，新建业务模块通 过IRF消除本模块内的环路设计，网关/汇聚节点创建两个接口分别与核心两台设备连接如图15右图，出入 此新建业务模块的访问流量可通过两条(或多条)等价路由实现连通。

2.3如何通过 IRF 网络构建适应 VMotion 的虚拟化应用VMware的VMotion是当前服务器虚拟化技术的热点内容，主要好处是解决了业务在运行过程中的动态 迁移问题，使得应用可以根据计算容量需求动态调整计算资源。

图14 VMoiton过程示意 如图14所示，在VMotion过程中，选择好目的物理服务器后，启动迁移流程，VMWare虚拟系统将处于 工作运行中的虚拟机(VM)的实时状态，包括内存、寄存器状态等信息同步拷贝到目的VM，并激活目的VM 从而完成迁移。

VMotion过程对于网络设计本无特殊要求，但迁移的范围要求网络二层连通，即源VM与目的VM在同一VLAN内，这就要求VM虚拟化应用所在的网络是一个二层网络。