大二层网络在教学平台的应用分析

雷 鸣 曹艳龙 高 晶 河北联合大学冀唐学院 063000

基金项目：虚拟医学实验教学平台， 河北联合大学教育教改研究项目（z1214-14）。

【文章摘要】

文章分析了教学平台对网络架构的需求，在现有传统三层网络结构的基础上，引入了基于TRILL 的大二层网络，并将二者有机的结合起来形成一种新型的网络拓扑结构，为教学平台提供稳定、高效的网络支持。

【关键词】

教学平台;TRILL; 大二层

近年来，伴随着高等教育和信息技术的迅猛发展，利用现代教育与信息技术搭建教学平台逐步成为高校解决师资、设备和经费不足的重要手段。而稳定、高效的校园网络是实现教学平台的基础。

1 现有的网络结构问题

伴随着服务器虚拟化技术的完善， 利用虚拟化技术搭建的大型网络应用平台逐渐增多，而高校中的网络教学平台就是很好的案例。服务器虚拟技术中应用最多的是虚拟机迁移技术。此技术要求虚拟机迁移前后IP 地址和MAC 地址保持不变，即要求虚拟机迁移前后处在同一个二层域内或同一个VLan 内。

目前大多数高校的数据中心都是按照功能进行区域划分，不同区域具有不同且相对单一的功能，因此相互访问数据的时候，只要终端之间能够通信即可，并不要求两个终端处在同一个二层域或VLan 内。因此传统三层网络结构不能满足虚拟化技术的要求，而大二层网络的出现恰好为此种需求提供了解决方案。

2 大二层网络技术

2.1 虚拟交换机技术

二层网络的核心问题就是环路问题。简单地说，虚拟交换机技术就是将相互冗余的两条或者多条链路、两台或多台设备合并成一条链路、一台设备。这样就解决了二层的环路问题，并且没有STP（生成树协议）对冗余链路进行破坏，极大地提高了带宽的利用率。其特点是只需要交换机软件升级即可支持，成本低、部署简便。但是目前框式交换机虚拟化密度最高为4:1，限制了虚拟化服务器的数量。

2.2 隧道技术

目前隧道技术主要有两种：TRILL 和SPB。本文主要讨论基于TRILL 技术的网络对于教学平台的支持。

T R I L L 技术原理： TRILL(Transparent Interconnection of Lots of Links) 是IETF 标准组织制定的一项标准技术，通过扩展IS-IS 路由协议实现二层路由。

（1）TRILL 网络中每台设备都以自身为源节点，基于最短路径算法计算出到达其他所有节点的最优路径，从而控制整个网络数据的转发；

（2）自动选举出分发树树根，每个Router Bridge 节点以分发树树根为源节点计算到达其他Router Bridge 的最优路径，并将该树共享到整张网络；

（3）通过在二层报文前插入额外的帧头（如TTL），可以在存在冗余链路的情况下防止广播风暴，而且可以做ECMP（等价链路）。这样可以将二层网络的规模扩展到整张三层网络，并且不会受到核心交换机数量的限制，从而实现了教学平台的任意迁移。

3 具体设计方案

针对教学平台要求传输速率高、在数据中心内可以任意平移的要求，本文以河北联合大学冀唐学院为例，对网络结构进行了重新设计。

现有网络结构采用传统三层结构， 接入层、汇聚层、核心层分别采用百兆、千兆、万兆cisco 交换机。由于现有交换机背板带宽以及传统三层网络结构本身的局限性等原因，不能满足教学平台对于高转发率以及在数据中心内平滑迁移等要求。所以设计采用现有网络架构扩展TRILL 域的方法来实现对教学平台的支持，网络拓扑如图一所示：

3.1 整体结构：在现有网络架构基础上，加入新的TRILL 核心和若干汇聚、接入交换机，横向扩展出一个TRILL 域；

3.2 核心层：新增TRILL 核心层、原有核心层分别于与TRILL 汇聚层、原有汇聚层互联，达到了两个核心层互为冗余的目的。由于不需要使用STP 对冗余链路进行破坏，实现了负载均衡，极大地提高了带宽利用率，实现了数据的高效转发；

3.3 汇聚层：TRILL 域的L3（OSI 参考模型第三层）网关仍然在汇聚层。采用cisco 的M1/F1 板卡组合方式来实现板卡代理，将设备上的L3 和TRILL 流程分解到两种不同板卡上，然后启用proxy 代理，以解决传统交换机不能在一个管线内同时处理TRILL 和L3 转发的问题；

3.4 接入层：通过对原有cisco 交换机进行升级，采用cisco 的VSS（Virtual Switch System）技术，实现了在接入层节点上的N:1 虚拟化。

此设计方案在不破坏原有网络架构的基础上，增加了TRILL 域，实现了在TRILL 域内VLan 的二层联通，使教学平台可以在数据中心内平滑迁移。所增加的网络设备不多，投入的资金相对较低、设备部署简便。但此种结构也有其局限性，即TRILL 域规模有限，不能实现教学平台在不同高校数据中心之间平滑迁移的要求。

4 结束语

TRILL 网络能够在不破坏现有三层网络结构的前提下，满足教学平台对于网络高转发率、在数据中心内平滑迁移的要求。并且适应云计算与虚拟化的发展需求，是今后网络发展的方向。但是TRILL 技术也刚刚起步，技术尚未成熟， 在实际应用中还需要做很多的调整和改进，才能为教学平台提供更稳定、更高效的网络支持。

【参考文献】

[1] 高晶，传统计算机实验室建设因云而变[J]. 电子制作.2013.6.

[2] 王福成，钟志水，基于云计算的网络教学平台设计[J]. 铜陵学院学报.2011.6

[3] 龙吟，云计算中的大二层网络技术研究[J]. 热点技术.2012.9

【作者简介】

雷鸣（1985- ），男，河北唐山人，本科，河北联合大学冀唐学院，助理工程师，研究方向为现代教育技术。

图一