直面挑战——“云”背景下的思科技术创新

　　云计算对于数据中心网络提出了前所未有的挑战，主要体现在网络规模化、资源虚拟化和共享、分布式数据中心协同工作等几个方面。

　　首先看网络规模化。云计算数据中心的服务器规模通常在数千台，甚至上万台，而且随着业务的发展，网络规模也要不断扩大，随之而来的是，布线网络管理也变得更加复杂。业务流量模型也不再是传统的南北向为主、高收敛比，而是以Hadoop、Hive为代表的分布式集群应用，流量模型也以东西向为主、低收敛比(接近线速)。传统的数据中心网络架构已不能满足需求，而是需要创新的系统架构、控制平面，以及更大交换容量的核心交换设备。

　　其次，是虚拟化技术在数据中心的广泛应用。虚拟化不但提高了资源的利用率，而且能够根据业务需求的变化，快速、灵活地进行资源部署及调度。与之相对应，计算资源按需调度(虚拟机迁移)所要求的二层网络环境动态变化，要求大规模的二层组网环境，而传统的数据中心二层组网技术已满足不了要求。

　　云计算的特点要求业务开展与计算资源的物理位置无关，要求将不同数据中心间的计算资源整合成统一“资源池”。如何保证跨数据中心的计算效率，也是云计算所面临的新课题。

　　针对云计算环境下数据中心网络面临的这些问题与挑战，思科在几个方面进行了技术创新，以打造高性能、高吞吐量、高可扩展性的云计算数据中心网络平台。

　　创新的数据中心网络架构——FabricPath

　　FabricPath是思科在Nexus系列数据中心交换机上所实现的一项创新技术特性(Nexus7000已支持该特性，未来Nexus5000也将支持)，其设计目标是在二层环境下，实现诸如EMCP(Equal-cost multi-path routing，等价多路径路由)、平滑扩展、快速收敛、防止广播风暴和环路、二层网络配置简单易管理等功能。

　　从协议层面，FabricPath定义了名为switch ID的全新二层地址空间，switch ID作为一台交换机的唯一标识，还提供了节点之间进行路由寻址的依据。定义了二层的TTL字段，类似IP协议中的TTL机制，以防止数据帧在FabricPath域中被无限次转发。

　　FabricPath引入了改进的IS-IS协议作为控制信令，不再依赖MAC地址进行寻址，而是依靠交换机的switch ID完成寻址工作，在节点之间交换IS-IS信令构建路由表。IS-IS协议还会事先计算出最优路径作为数据转发的依据。改进的IS-IS协议还实现了16条二层等价路由ECMP。这意味着在使用万兆接口的情况下，任意两点间的最高带宽可到2.56Tbps。高带宽也意味着FabricPath可应用于超大规模数据中心组网环境。

　　在虚拟化环境下，每个VM(虚拟机)都有一个唯一的MAC地址，导致MAC地址域变得很大，超过传统网络设备的MAC地址容量。而FabricPath采用 “基于会话的MAC地址学习”，只有那些目的地址为本地服务器的数据帧里的源地址会被放入网络设备的MAC地址表，网络设备只保存与本地有会话关系的MAC地址表项，从而大大缩小了虚拟化数据中心接入设备的MAC地址表。

　　FabricPath作为思科重要的二层多路径技术创新，代表着下一代数据中心网络的发展方向。目前致力于实现二层多路径的标准化组织主要有IETF，IETF的TRILL也采用IS-IS作为路由协议。思科在TRILL标准的制定过程中起着主导作用，FabricPath可以看作一个“增强版的TRILL”，是TRILL的基本功能十“基于会话的MAC地址学习”、“VPC+多重拓扑”等高级功能的合集。

　　目前思科的FabricPath技术已经商用，FabricPath域最大可容纳12288台万兆网卡服务器，或者10万台以上的千兆网卡服务器。

　　统一交换矩阵——端到端网络融合的优势

　　新一代思科Nexus 5500 UP交换机的所有端口都能够根据需要指定成为千兆以太网、万兆以太网、FC(2/4/8G)或FCoE接口，这一特性为数据中心带来最大的灵活性。Nexus5500交换机还支持二、三层交换、IEEE 802.1Qbh标准，硬件已支持FabricPath特性。

　　Nexus5500的矩阵扩展技术(FEX)能够确保用户采用统一的交换矩阵(Nexus5500的内部交换矩阵)，实现从Nexus交换机到服务器物理网卡，以及虚拟机的直连，其设计的灵活性、布线的简化，以及简单的管理，可以为用户节省不少的设备和运营开销。

　　除了相当于远端扩展模块的FEX扩展器之外，思科还推出了Adapter-FEX，以及VM-FEX技术，将统一交换矩阵扩展到虚拟机的网络连接上。同时实现了虚拟机网络流量的硬件交换，提升了虚拟机网络I/O的性能。虚机连接变成统一交换矩阵上的一个网络接口，大大减轻了网管的复杂度。