虚拟交换机原理如何?虚拟交换机技术简介及IP城域网实际应用

admin 2020-02-26 10:22 行业动态

在信息化技术不断发展下,虚拟化网络逐渐呈现出具有巨大的发展潜力。相较于传统交换机来说,虚拟交换机在各方面都存在巨大优势,未来通信行业中虚拟交换机技术的应用势在必行。那么您了解虚拟交换机技术吗?知道虚拟交换机原理吗?IP城域网又该如何引进虚拟交换机技术呢?

一、虚拟交换机技术发展

随着用户接入带宽从10M提速至100M,各类互联网、物联网等海量终端及应用从网络边缘接入承载,作为互联网应用、电信自营及关键业务综合承载网络,IP城域网面临着流量倍增、IPv4地址枯竭、承载需求差异化、网络弹性和安全性不足等问题,亟待引入IPv6/SDN/NFV/虚拟化等系列技术对网元部署、网络架构及网络可控等方面进行优化和调整。

近年来随着信息化的飞速发展,越来越多的学者开始研究虚拟化网络,虚拟交换机成为了通信发展的趋势,目前网络服务器已经具备支持虚拟机的功能, 服务器的虚拟化促进了机房网络的虚拟化,当实体服务器被精简化、合并到虚拟平台,利用虚拟化技术复用到真实物理设备,形成虚拟交换机等组件提供网络服务。相对于传统交换机来说,虚拟交换机在数据链路层上拥有更简洁的网络功能,未来虚拟交换机将成为构建虚拟网络平台的核心。

二、虚拟交换机技术简介

1.虚拟交换机原理

根据拓扑结构可知,虚拟交换机技术的原理相对简单,就本质而言,该项技术就是在逻辑上集成多台物理连接的交换机。该项技术的特点在于通信的可靠性更强,工作效率也得到提升,系统的带宽容量也得以增加。与传统交换机相比,虚拟交换机不仅可以使STP、VRRP协议运行要求的负载均衡与冗余得以实现,同时也能够对网络设备数量进行缩减,简化网络架构,以此缓解系统管理维护的压力。虚拟交换机技术的工作原理图如下所示:

虚拟交换机原理

虚拟交换机原理

在虚拟交换机技术的应用模式下,通过对SW1与SW2、SW3与SW4、SW5和SW6进行虚拟化,使其向一台逻辑交换机转换,即SWA、SWB、SWC。就SWB而言,其中的SW3与SW4可以视为与同一台交换机WSA连接,这一过程对EtherChannel技术加以运用,在负载均衡与冗余的实现上,消除了对STP与VRRP协议的需求,如此一来,网络中交换环路就得以避免,有效简化了网络。

2.拓扑收集

在拓扑收集中,虚拟交换机的每个成员对拓扑关系的收集都以相互转发报文与相邻成员为依托。每个成员的的相关拓扑信息共同组成了报文,例如设备编号、优先级、成员桥MAC地址、相邻连接关系与系统运行时间等等。

每台设备自己已经学习到的拓扑信息会在本地主用主控板的帮助下进行记录,如此一来,就可以有效管理每个成员。起初只对本地的拓扑信息进行记录,而在虚拟交换机端口起来后,就可以根据以下流程,对整个系统的拓扑进行有效收集:

(1) 对于已经收集的拓扑信息,已经起来的虚拟交换机端口会对其进行周期性的发送;

(2) 在接收到的拓扑信息的参考下,相邻交换机会对自身记录的拓扑信息进行更新;

(3) 两块主控板对拓扑信息记录的相同性非常关键,为了实现这一点,本地手机的拓扑信息与系统中其他成员设备中的备用主控板会在主用主控板的操作下实现同步。

3.角色选举

通过拓扑收集流程之后,每台成员设备拥有的拓扑信息就具有完整性,这一过程又被称为拓扑收敛,而拓扑收敛完毕后,就需要进行角色选举。当拓扑发生变化时,例如建立虚拟交换机系统、成员的加减、虚拟交换机合并或分裂等等,虚拟交换机系统中的各成员设备会在选举报文的相互转发之下,将一个Master或Slave的确定的角色分配给每个成员设备。关于角色选举的规则遵循以下六点:

(1) 当前Master比非Master占优;

(2) 如果成员都属于框式分布的情况,那么与本地备用主控板相比,本地主用主控板占优;

(3) 在框式分布的情况下,原Master的备用主控板比原Slave成员设备的主控板占优;

(4) 成员以优先级大的占优;

(5) 系统运行时间长的占优;

(6) 成员桥MAC地址小的占优。

在Master设备的选举过程中,以上述规则按照顺序为依据,对唯一成员设备进行选举,对Master进行确定,剩下的成员则为Slave。

4.管理与维护

在完成角色选举之后,全部设备成员对一个配置同步并对整个虚拟交换系统成员编号进行管理、对所有成员资源进行管理与维护的Master设备。

(1) 配置同步

在建立好虚拟交换机系统后,主要涉及到的内容包括两个过程,即初始化批量同步与运行实时同步。

1) 批量同步

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