Arista Cloud Network Design

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1 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 过去十年来, 巨型云公司重新定义了应用程序交付的经济学原理 在这些公司的引领下, 世界正转向云端以实现更好的敏捷性和经济性 Arista 在云网络方面的创新使这种转变成为可能 社交媒体和大数据等新型现代应用, 密集服务器虚拟化和 IP 存储等新架构, 以及通过手机访问所有应用的必要性, 对数据中心中的网络基础设施提出了巨大需求 网络架构以及使云成为可能的网络操作系统, 与过去那种超额订阅 高度层级化 多层且昂贵的传统解决方案有着根本上的不同 需要更高带宽的高性能服务器和应用程序越来越多, 推动业界采用 10/25 Gigabit 以太网交换和 40/100 Gigabit 以太网 最新一代交换机芯片支持 10/40 Gigabit 到 25/100 Gigabit 以太网无缝过渡 本白皮书详细说明 Arista 双层骨干 / 叶子和单层 Spline 通用云网络设计, 这些设计提供前所未有的规模 性能和密度, 但没有专有协议 锁定 (lock-in) 或叉式升级 (forklift upgrade) ARISTA 设计的关键点 Arista 所有通用云网络设计都是围绕以下 9 个核心设计目标进行的 : 1. 无专有协议或供应商锁定 Arista 推崇开放式标准 我们行之有效的参考设计表明 : 为构建超大型 快速融合 无大故障域的向外扩展网络, 专有协议和供应商锁定并不是必需的 2. 层级少比层级多要好 几年前还需要 3 层或更多层才能实现所需端口数的传统网络设计, 现在单层或双层设计就能实现 减少设计层数 ( 例如双层骨干 / 叶子设计相比于 3 层设计 ), 可以降低成本 复杂度 布线工作量和功耗 / 发热量 单层 Spline 网络设计不使用任何端口来使交换机的各层互连, 因此每个可用端口的成本最低 3. 无协议崇拜 Arista 支持利用 VXLAN 等开放式 多供应商支持的协议在 2 层 3 层或 L2/L3 混合设计上构建向外扩展设计 这些协议既有 L2 的灵活性, 又有 L3 的向外扩展能力和弹性, 有利于实现大规模设计, 但不存在较大故障域固有的问题 4. 现代基础设施应当以主动 / 主动方式运行 利用 2 层的多机箱链路聚合 (MLAG) 和 3 层的等价多路径路由 (ECMP), 基础设施可构建为主动 / 主动式, 不阻塞任何端口, 这样网络就可以使用任意两台设备之间的所有可用链路

2 5. 设计应当具敏捷性, 支持灵活调整端口速度 如今, 数据中心中的大部分服务器 / 计算和存储资源采用 10G 连接, 来自交换机的上行链路工作在 40G 或 100G 展望将来,25G 可降低每 Gb 的成本, 并且与现代 25G/50G NIC 提供的 PCIe 第 3 代速度和硬件卸载能力吻合 Arista 交换机和通用云网络设计支持叶子上 1G 到 10G 到 25G 的灵活迁移, 以及骨干到叶子连接从 10G 到 40G 到 100G 的无缝过渡, 并提供 25G/50G 分接选项 6. 向外扩展设计支持基础设施从小规模开始, 然后逐渐发展壮大 双路 ECMP 设计可从 2 路发展为 4 路 8 路 16 路直至 64 路设计 ECMP 设计可以逐渐成长, 先期资本投资无需很多 7. 大缓冲器可能很重要 现代操作系统 网络接口卡 (NIC) 和向外扩展存储阵列使用 TCP 分割卸载 (TSO) GSO 和 LSO 等技术 当服务器发送大量数据时, 这些技术对于减少所需的 CPU 周期数至关重要 但此类技术有一个副作用, 即希望发送一块数据的应用程序 /OS/ 存储器会将其卸载到 NIC, 而 NIC 会将数据分割为几段, 并将其放在线路上作为背靠背帧以线速率传输 若有多个数据块的目的地是同一输出端口, 就会发生微爆发拥塞 为了处理这种爆发, 一种办法是构建一个超额订阅 超额服务开通链路最少的网络, 以便链路能够吸收爆发 另一种办法是减少流量的扇入 还有一种办法是部署具有深缓冲器的交换机来吸收爆发, 避免丢包和有用吞吐速率降低 8. 一致的功能和 OS Arista 所有交换机都使用同一 Arista EOS 平台 软件培训或 OS 没有任何差异 所有交换机上的二进制映像都相同 9. 互操作性 Arista 交换机和设计没有供应商锁定, 可以与其他网络供应商互操作 设计选择 层数 网络设计不应当基于短期要求, 而应当基于这个网络或网络舱随着时间推移可能会发展到多大规模的长期要求, 这是网络设计的一条公认原则 网络设计应当基于所需的最大可用端口数, 以及较长时间后连接到这些端口的设备间流量的期望超额订阅比 如果一台交换机 ( 或 HA 设计中的一对交换机 ) 就能满足端口数的长期要求, 那么就没有利用不使用单层 Spline 设计 Spline 网络设计 Spline 设计将原来的骨干和叶子两层压缩为单一 Spline 单层 Spline 设计的资本支出和运营成本始终是最低的 ( 因为没有用于交换机各层互连的端口 ), 延迟最短, 不会有超额订阅, 至多提供两个管理接触点 下列 Arista 交换机 ( 表 1) 可用于小到 128 x 25G 或 10G 端口 (3 机架 ) 或大到 1024 x 25G 至 2048 x 10G 端口 (49 机架 ) 的单层 Spline 网络设计 图 1:Arista Spline 单层网络设计最大可扩展到 2,000 台物理服务器 (49 个机架的 1U 服务器 ) ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 2

3 表 1:Spline 单层网络设计 * 交换机平台 端口最大数 10G 25G 40G 50G 100G 交换机接口类型 交换机平台主要特性 Arista 7500E 系列 Arista 7508E Arista 7504E RJ45 (100/1000/10G-T) SFP+/SFP (10G/1G) QSFP+ (40G/4x10G) MXP (100G/3x40G/12x10G) CFP2 (100G) QSFP100 (100G) 最适合双层骨干 / 叶子设计, 但也可用于 Spline 设计 MXP 端口提供最大的接口速度灵活性 深缓冲器 Arista 7320X 系列 Arista 7328X 带 Arista 7324X QSFP100 (100G/4x25G/2x50G) QSFP+ (40G/4x10G) 最适合较大规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 但也可用于双层设计中的骨干, 最高容量为 10G / 40G Arista 7300X 系列 Arista 7316X Arista 7308X Arista 7304X RJ45 (100/1000/10G-T) SFP+/SFP (10G/1G) QSFP+ (40G/4x10G) 最适合较大规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 但也可用于双层设计中的骨干, 最高容量为 10G / 40G RJ45 10GBASE-T 支持 100M/1G/10G 无缝过渡 Arista 7260X 和 7060X 系列 Arista 7260CX QSFP+ (40G/4x10G) QSFP100 (100G/2x50G/4x25G) 最适合中等规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 带光学元件 /DAC 连接 Arista 7260QX QSFP+ (40G) 非针对 Spline 设计 Arista 7060CX-32S QSFP+ (40G/4x10G) QSFP100 (100G/2x50G/4x25G) 最适合小规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 带光学元件 /DAC 连接 Arista 7250X 和 7050X 系列 Arista 7250QX QSFP+ (40G/4x10G) 最适合中等规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 带光学元件 /DAC 连接 Arista 7050QX-32S Arista 7050SX-128 Arista 7050TX -128 Arista 7050SX-72Q Arista 7050TX-72Q Arista 7050SX-96 Arista 7050TX-96 Arista 7050SX-64 Arista 7050TX-64 Arista 7050TX RJ45 (100/1000/10G-T) [TX] SFP+/SFP (10G/1G) [SX] QSFP+ (40G/4x10G) [QX] QSFP+ (40G) [SX/TX-96] MXP (3x40G) [SX/TX-72] QSFP+ (40G/4x10G) [SX/TX-64] QSFP+ (40G/4x10G) [TX-48] 最适合小规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 带光学元件 /DAC 连接 Arista 7150S 系列 Arista 7150S-64 Arista 7150S-52 Arista 7150S (16) (13) (6) SFP+/SFP (10G/1G) QSFP+ (40G/4x10G) 最适合小规模的 Spline 列尾 / 列中设计, 带光学元件 /DAC 连接 * 2015 年 9 月 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 3

4 骨干 / 叶子网络设计 如果不适合单层 Spline 设计, 那么双层骨干 - 叶子设计就是下一个合理的步骤 双层设计的顶层是骨干交换机, 底层是叶子交换机, 服务器 / 计算 / 存储资源始终连接到每个机架顶部的叶子交换机 ( 对于较高密度叶子交换机, 则是每 N 个机架的顶部 ), 叶子交换机上行连接到 2 台或更多骨干交换机 图 2:Arista 骨干 / 叶子双层网络设计的规模可超过 100,000 台物理服务器 向外扩展设计可从一对骨干交换机和一些叶子交换机开始 一个针对 10G 连接设备且超额订阅比为 3:1 的双层叶子 / 骨干网络设计, 有 96x10G 个端口用于服务器 / 计算 / 存储资源, 每台叶子交换机有 8x40G 上行链路 (Arista 7050SX x10G:8x40G 上行链路 = 3:1 超额订阅 ) 另一个针对 10G 云的设计使用 100G 上行链路, 例如 Arista 7060CX-32S, 其有 24x100G 个端口, 以 4x10G 分接运行, 因此有 96x10G 个端口用于服务器 / 计算 / 存储资源和 8x100G 上行链路 这种设计现在的超额订阅比将只有 1.2:1 一个针对 25G 连接设备的设计可使用 7060CX-32S, 其有 24x100G 个端口, 分接出 96x25G 个端口用于服务器 / 计算 / 存储资源, 其余 8x100G 个端口用于上行链路, 超额订阅比也是 3:1(96x25G = 2400G:8x100G = 800G) 双层骨干 / 叶子网络设计支持水平向外扩展, 叶子交换机数量随着时间而增加, 骨干交换机数量则线性增加 可实现的最大规模取决于以下方面 : 骨干交换机的密度 可实现的向外扩展 ( 这与布线和来自各叶子交换机的物理上行链路数有关 ) 以及期望的超额订阅比 双层骨干 / 叶子设计中的骨干交换机可使用模块式或固定式配置的交换机, 骨干交换机的选择决定了设计可以扩展的最大规模 详情参见表 2(10G 连接到叶子 ) 和表 3(25G 连接到叶子 ) ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 4

5 表 2: 针对 10G 连接设备和 40G 上行链路的 Arista 双层骨干 / 叶子设计可实现的最大规模 * 骨干交换机平台 骨干交换机数量 ( 向外扩展 ) 超额订阅骨干到叶子 叶子到骨干连接 叶子交换机平台 设计最多支持 <n> 10G Arista 7504E :1 8x40G Arista 7050QX-32 或 Arista 7050SX 叶子 x 96x10G = 3,456 x 10G 72 叶子 x 96x10G = 6,912 x 10G 144 叶子 x 96x10G = 13,824 x 10G Arista 7508E :1 8x40G Arista 7050QX-32 或 Arista 7050SX 叶子 x 96x10G = 6,912 x 10G 144 叶子 x 96x10G = 13,824 x 10G 288 叶子 x 96x10G = 27,648 x 10G Arista 7508E :1 16x40G Arista 叶子 x 192x10G = 6,912 x 10G 72 叶子 x 192x10G = 13,824 x 10G 144 叶子 x 192x10G = 27,648 x 10G 288 叶子 x 19x10G = 55,296 x 10G Arista 7508E :1 32x40G Arista 7304X 带 7300X- 32Q LC 18 叶子 x 384x10G = 6,912 x 10G 36 叶子 x 384x10G = 13,824 x 10G 72 叶子 x 384x10G = 27,648 x 10G 144 叶子 x 384x10G = 55,296 x 10G 288 叶子 x 384x10G = 110,592 x 10G Arista 7316X :1 64x40G Arista 7308X 带 7300X- 32Q LC 16 叶子 x 768x10G = 12,288 x 10G 32 叶子 x 768x10G = 24,576 x 10G 64 叶子 x 768x10G = 49,152 x 10G 128 叶子 x 768x10G = 98,304 x 10G 256 叶子 x 768x10G = 196,608 x 10G 512 叶子 x 768x10G = 393,216 x 10G 表 3: 针对 25G 连接设备和 100G 上行链路的 Arista 双层骨干 / 叶子设计可实现的最大规模 * 骨干交换机平台 骨干交换机数量 ( 向外扩展 ) 超额订阅骨干到叶子 叶子到骨干连接 叶子交换机平台 设计最多支持 <n> 10G Arista 7508E :1 8x100G Arista 7060CX 叶子 x 96x25G = 2,304 x 25G 48 叶子 x 96x25G = 4,608 x 25G 96 叶子 x 96x25G = 9,216 x 25G Arista 7508E :1 16x100G Arista 7260CX 叶子 x 192x25G = 4,608 x 25G 48 叶子 x 192x25G = 9,216 x 25G 96 叶子 x 192x25G = 18,432 x 25G Arista 7328X 4 8 3:1 8x100G Arista 7060CX 叶子 x 96x25G = 12,288 x 25G 256 叶子 x 96x25G = 24,576 x 25G Arista 7328X :1 16x100G Arista 7260CX 叶子 x 192x25G = 12,288 x 25G 128 叶子 x 192x25G = 24,576 x 25G 256 叶子 x 192x25G = 49,152 x 25G Arista 7328X :1 64x100G Arista 7328X 带 7320CX-32 LC 64 叶子 x 768x25G = 49,152 x 25G 128 叶子 x 768x10G = 98,304 x 25G 256 叶子 x 768x10G = 196,608 x 25G 512 叶子 x 768x10G = 393,216 x 25G * 2015 年 9 月 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 5

6 叶子 / 骨干网络设计考虑 每个可用端口的资本支出成本 与层数较少的设计相比, 层数较多的设计具有更大的扩展能力 但是, 其不利的方面是资本支出和运营成本也更高 层数越多则设备越多, 要管理的设备以及交换机之间使用的端口 ( 用于交换机间的扇出互连 ) 也就越多 为简明起见, 以一个 4 端口交换机为例, 采用无超额订阅的 Clos 网络拓扑, 如果一个网络需要 4 个端口, 则利用一台交换机就能满足要求 ( 这是个很简单的例子, 但可说明原理 ) 如果端口要求从 4 个增加到 8 个可用端口, 并且构建模块为 4 端口交换机, 那么网络就会从单层发展为双层, 所需交换机数量从 1 台增加到 6 台, 以维持无超额订阅的网络 可用端口增加一倍, 每个可用端口的成本会增加两倍 ( 实际上, 成本增加不止两倍, 因为还有互连线缆或收发器 / 光纤的成本 ) 图 3: 单层 Spline 双层骨干 / 叶子和传统三层核心 / 聚合 / 访问的对比 如果端口数要求又从 8 提高到 16, 则需要第三层, 交换机数量将从 6 台增加到 20 台, 或者说容量仅增加一倍, 设备数和成本便要提高 3.3 倍 与单层设计相比, 该三层设计提供的端口数是前者的 4 倍 (16 比 4), 但成本却提高了 20 倍, 代价巨大 资本支出 (capex) 随着规模扩大而上升 然而, 若能用较少的层数构建一个网络, 资本支出将大幅降低, 因为层间互连的成本会更低 运营成本 (opex) 也会因为要管理的设备更少 功耗更低 散热更容易等而大幅降低 所有网络设计都应从网络寿命周期内每个有用端口 ( 用于服务器 / 存储的端口 ) 的成本这一角度来考虑 每个有用端口的成本计算如下 : 交换机成本 (capex) + 光学元件 (capex) + 光纤 (capex) + 功耗 (opex) 总节点数 x 超额订阅 超额订阅 超额订阅是指所有设备同时发送流量时的竞争比例 它可以从南北 ( 进入 / 离开数据中心的流量 ) 和东西 ( 数据中心的设备之间的流量 ) 两个方向进行测量 许多传统数据中心设计具有非常大的超额订阅比, 南北和东西方向均超过 20:1, 原因有二 : 一是层数很多而交换机的密度 / 端口有限, 一是历史上每台服务器的流量水平要低得多 另外, 传统设计的 L3 网关通常在核心或聚合中, 这也会迫使 VLAN 之间的流量横穿所有层 这在许多层面上都不是最优的 多核 CPU 服务器虚拟化 闪存 大数据和云计算的使用显著增加, 要求现代网络降低超额订阅比 当前现代网络设计的超额订阅比为 3:1 或更低 在双层设计中, 超额订阅是指下行链路端口 ( 至服务器 / 存储 ) 与上行链路端口 ( 至骨干交换机 ) 数量之比 对于一台 64 端口叶子交换机, 这相当于 48 个下行端口和 16 个上行端口 而 1:1 设计的 64 端口叶子交换机将有 32 个下行端口和 32 个上行端口 在现代数据中心中, 一条实用的经验法则是从 3:1 的超额订阅比开始 如果流量超过可用容量, 诸如 Arista 延迟分析器 图 4: 以 3:1 的超额订阅比部署的叶子交换机 (48x10G 下行和 4x40G 上行 ) (LANZ) 之类的功能可以在发生服务降级 ( 表现为丢包 ) 之前识别拥塞热点, 从而为修改设计比例提供一定的灵活性 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 6

7 从叶子到骨干的 10G 40G 或 100G 上行链路 对于骨干 / 叶子网络, 从叶子到骨干的上行链路通常是 10G 或 40G, 经过一段时间后可以迁移, 从 10G (N x 10G) 的起步点变为 40G( 或 N x 40G) 所有 Arista 10G ToR 交换机 (7050SX-128 和 7050TX-128 除外 ) 都提供这种灵活性, 因为通过软件配置, 带 QSFP+ 的 40G 端口可用作 1x40G 或 4x10G 此外, 某些 Arista 交换机上的 AgilePorts 功能支持四个一组的 10G SFP+ 端口用作一个 40G 端口 理想场景中, 上行链路的工作速度始终快于下行链路, 以便确保一台主机发生线速率的微爆发时不会引起任何阻塞 双层骨干 / 叶子随着时间而向外扩展 向外扩展设计通常是从两台骨干交换机和一些叶子交换机开始 现在举例说明这种设计随着时间推移如何向外扩展, 下面的设计以 Arista 7504E 模块式交换机为骨干, 以 Arista 7050SX-64 为叶子, 超额订阅比为 3:1 每台叶子交换机提供 48x10G 端口用于服务器 / 计算 / 存储连接, 并有总计 16x10G 上行链路通向骨干, 分为两组, 每组 8x10G 主动 / 主动, 每台骨干交换机一组 每台骨干交换机有一个 DCS-7500E-36Q 线路卡 (36x40G / 144x10G), 初始网络可扩展以支持连接 18 台叶子交换机 (864 x 10G 连接设备 3:1 超额订阅 端到端 ), 如图 5 所示 添加更多叶子交换机并使用骨干交换机第一线路卡上的端口之后, 可向各机箱添加第二线路卡, 并将一半链路移动到第二线路卡 该设计可从 18 台叶子交换机扩展到 36 台叶子交换机 (1,728 x 10G 连接设备 3:1 超额订阅 端到端 ), 如图 6 所示 图 5: 向外扩展设计的起步点 : 一对交换机, 各有一个线路卡 该过程重复若干次 如果叶子与骨干之间的上行链路为 10G, 则各上行链路可以分布在各交换机的 4 个线路卡上的 4 个端口上 图 6: 向外扩展设计的骨干第一次扩展 : 第二线路卡模块该设计的最终扩展次数取决于骨干交换机的端口规模 / 密度 期望的超额订阅比和骨干交换机数量 假设有两台骨干交换机, 则该设计可在 2 层或 3 层构建 两台 Arista 7504E 骨干交换机的最终规模是 72 台叶子交换机或 3,456 x 10G 3:1 超额订阅 端到端 如果设计使用一对 Arista 7508E 交换机, 则最终规模加倍, 即 144 台叶子交换机或 6,912 x 10G 3:1 超额订阅 端到端, 如图 7 所示 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 7

8 图 7: 向外扩展设计的骨干最终扩展 : 每台 Arista 7504E 添加第四个线路卡模块 25G 或 50G 上行链路 对于具有 100G 端口 支持 25G 和 50G 分接的 Arista 交换机,25G 和 50G 提供了将 100G 端口分接为 4x25G 或 2x50G 的途径, 使得 3 层 ECMP 设计可实现更宽的扇出 这可以用来提高向外扩展设计中的交换机数量, 通过更宽的扇出支持更多骨干交换机, 进而支持更多叶子交换机 2 层或 3 层 双层骨干 / 叶子网络可在 2 层 (VLAN 无处不在 ) 或 3 层 ( 子网 ) 构建 各有优点和缺点 2 层设计提供最大的灵活性,VLAN 可以扩展到任何地方,MAC 地址可以迁移到任何地方 缺点是有一个常见故障域 ( 可能相当大 ), 并且规模受网络中最小交换机的 MAC 地址表大小限制, 因此排除故障可能很困难,L3 规模和融合时间由 L3 网关上主路由表的大小决定, 最大非阻塞扇出网络为骨干层 2 台交换机宽, 采用多机箱链路聚合 (MLAG) 3 层设计提供最快的融合时间和最大的等价多路径路由 (ECMP) 扇出规模, 支持 32 台或更多主动 / 主动骨干交换机 这些设计将 L2/L3 网关集中在第一跳交换机以提供最大的灵活性, 支持最大限度地利用不同种类交换机的能力, 交换机之间不会低能化 ( 最小公分母 ) 3 层设计会将 VLAN 和 MAC 地址移动限制为一台交换机或一对交换机, 因而 VM 的移动范围仅限于一台交换机或一对交换机的可达范围, 其通常是一个机架或至多几个机架 带 VXLAN 重叠的 3 层承载 VXLAN 是 3 层设计的补充, 支持通过非专有多供应商 VXLAN 标准将 2 层重叠于 3 层承载上 它既有 3 层设计的长处 ( 向外扩展 巨大网络规模 快速融合和最小故障域 ), 又有 2 层的灵活性 (VLAN 和 MAC 地址移动性 ), 减少了 2 层和 3 层设计不利的一面 VXLAN 能力可在软件中通过虚拟交换机启用, 作为虚拟服务器基础设施的一部分 这种方法将 2 层扩展到 3 层上, 但并未解决流量如何以最佳方式到达正确物理服务器的问题 基于软件在网络中部署 VXLAN 或其他重叠的方法, 也会占用服务器的 CPU 周期, 原因是 NIC 的卸载能力被禁用 Arista 交换机具有硬件 VXLAN 网关能力, 可实现最高灵活性 最大规模和流量优化 物理网络仍在 3 层以提供最大的向外扩展 最佳的表 / 能力利用率和最快的融合时间 服务器继续提供 NIC CPU 卸载能力,VXLAN 硬件网关提供 2 层和 3 层转发, 同时还有 3 层转发上的 2 层重叠 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 8

9 表 4:2 层设计 3 层设计和带 VXLAN 的 3 层设计的优缺点 设计类型优点缺点 2 层无处不在的 VLAN 提供最大的灵活性 MAC 移动性支持 VM 无缝移动性 3 层跨舱或跨数据中心扩展利用 ECMP 可实现非常大规模的向外扩展非常快的融合 / 再融合时间 单一 ( 较大 ) 故障域 冗余 /HA 链路因 STP 而阻塞 要扩展到一个舱或数据中心之外而不扩大故障域是很困难的 控制平面的速度 (ARP/ 秒 ) 给 L3 网关融合带来挑战 L3 规模由 L3 网关的主路由规模决定 规模至多为 2 路宽 (MLAG 主动 / 主动 ) 交换机上的最大 VLAN 数乘端口数受生成树逻辑端口数的规模限制 难以排除故障 VLAN 局限于一台交换机 MAC 移动性仅限于一台交换机内 带 VXLAN 重叠的 3 层承载 VXLAN 允许 VLAN 扩展到任何交换机 / 设备 MAC 可移动到任何有 L3 连接的地方 跨舱或跨数据中心扩展 MAC 移动性支持 VM 无缝移动性 利用 ECMP 可实现非常大规模的向外扩展 非常快的融合 / 再融合时间 基于软件 / 虚拟机监控程序虚拟交换机的 VXLAN 会产生主机 CPU 开销 ( 硬件 VXLAN 网关没有这个特点 ) Arista 带硬件 VXLAN 网关能力的交换机平台包括 : 所有含字母 E 或 X 的 Arista 交换机 (Arista 7500E 系列 Arista 7280E Arista 7320X 系列 Arista 7300E 系列 Arista 7060X 系列 Arista 7050X 系列 ) 和 7150S 系列 这些平台支持基于单播的硬件 VXLAN 网关能力, 并可通过 Arista CloudVision 开放式基于标准的非专有协议 ( 如 OVSDB) 或静态配置进行编排 这种提供硬件 VXLAN 网关能力的方法允许最终用户自主选择云编排平台, 无需担心供应商专有锁定 转发表大小 以太网交换 ASIC 利用若干转发表来作出转发决策 :MAC 表 (L2) 主路由表 (L3) 和用于 L3 前缀查找的最长前缀匹配 (LPM) 在 L2 或 L3 可以构建的网络最大规模由这些表的大小决定 以前, 一台服务器或主机只有一个 MAC 地址和一个 IP 地址 随着服务器虚拟化的发展, 现在已变成每台虚拟服务器至少一个 MAC 地址和一个 IP 地址 ; 若定义了额外的虚拟 NIC (vnic), 则会有多个地址 /VM 许多 IT 企业在部署 IPv4 / IPv6 双堆栈 ( 或将来打算这样做 ), 交换机上的转发表必须同时考虑 IPv4 和 IPv6 表的要求 如果在 2 层构建一个网络, 则每台交换机知道网络中的每个 MAC 地址, 骨干交换机提供 2 层和 3 层之间的转发, 并且必须提供网关主路由 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 9

10 如果在 3 层构建一个网络, 则骨干交换机只需对每台叶子交换机的一个 ( 或两个 ) 子网使用 IP 转发, 无需知道主机 MAC 地址 叶子交换机需要知道本地 IP 主路由和 MAC 地址, 但无需知道本地连接之外的任何情况 叶子交换机需要的唯一路由前缀是通向骨干交换机的单一默认路由 图 8:2 层和 3 层设计对比 无论是在 2 层还是在 3 层构建网络, 决定网络表大小的常常是 VM 数量 目前的现代 x86 服务器是双插槽, 每个插槽有 6 个或 8 个 CPU 核心 典型的企业工作负载是每个 CPU 核心 10 个 VM, 因此, 典型服务器具有 个 VM 是很常见的 可以预见, 此数量在将来只会更大 假设设计为每个 CPU 有 10 个 VM, 使用四核 CPU 且每台服务器有 2 个插槽, 每个机架有 40 台物理服务器, 共有 20 个机架, 则网络的转发表要求参见下表 : 表 5:2 层和 3 层设计的转发表规模特征 转发表 2 层骨干 / 叶子设计 3 层骨干 / 叶子设计 骨干交换机叶子交换机骨干交换机叶子交换机 MAC 地址 (1 vnic / VM) 1 MAC 地址 /VM x 10 VM/CPU x 4 CPU/ 插槽 x 2 插槽 / 服务器 = 80 VM/ 服务器 x 40 服务器 / 机架 = 3,200 MAC 地址 / 机架 x 20 机架 = 64K MAC 地址 最小值 ( 骨干交换机工作在 L3, 因此不使用 L2 转发表 ) 1 MAC 地址 /VM x 10 VM/CPU x 4 CPU/ 插槽 x 2S = 80 VM/ 服务器 x 40 服务器 / 机架 = 3,200 MAC 地址 IP 路由 LPM 少量 IP 前缀 无 ( 工作在 L2 的叶子交换机无 L3) 1 子网 / 机架 x 20 机架 = 20 IP 路由 LPM 前缀 最小值 ( 单一 ECMP 路由通向骨干交换机 ) IP 主路由 ( 仅 IPv4) 1 IPv4 主路由 /VM 3200 IPv4 主路由 / 机架 x 20 机架 = 64K IP 主路由 无 ( 工作在 L2 的叶子交换机无 L3) 最小值 ( 骨干交换机无 IP 主路由 ) 1 IPv4 主路由 /VM 3200 IPv4 主路由 / 机架 = 3200 IP 主路由 IP 主路由 (IPv4 + IPv6 双堆栈 ) 1 IPv4 和 IPv6 主路由 /VM 64K IPv4 主路由 + 64K IPv6 主路由 无 ( 工作在 L2 的叶子交换机无 L3) 最小值 ( 骨干交换机无 IP 主路由 ) 1 IPv4 和 IPv6 主路由 /VM 3200 IPv4 主路由 IPv6 主路由 2 层生成树逻辑端口数规模 大型 2 层网络有一些常见问题 ( 大广播域 单一故障域 难以排除故障 ), 但有一个限制因素常被忽略, 那就是与交换机上运行生成树协议相关的控制平面 CPU 开销 作为一个协议, 生成树 非常特别, 该协议的故障会导致 故障打开 状态, 而不是更现代化的 故障关闭 状态 如果因为某种原因发生协议故障, 将会出现一个网络环路 生成树的这种特性要求交换机控制平面不得被压倒 利用 基于 VLAN 的快速生成树 (RPVST), 交换机维护生成树的多个独立实例 ( 针对每个 VLAN), 以固定间隔在端口上发送 / 接收 BPDU, 并根据这些 BPDU 更改物理端口状态 ( 学习 / 侦听 / 转发 / 阻塞 ) 若不精心设计 VLAN 中继, 管理大量不同步的独立实例将是一个巨大挑战 举例来说, 中继单个端口上的 4K VLAN 将导致需要分别跟踪各 VLAN 的状态 多生成树协议 (MSTP) 比 RPVST 更可取, 因为要运行的生成树协议实例更少, 并且物理端口的状态转变可以分组进行 即使有了这种改进,2 层逻辑端口计数仍需要精心管理 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 10

11 参与生成树的交换机的规模特性各有不同, 但设计要关注的要点是 : 给定交换机支持的 STP 逻辑端口数 ( 有时也称为 VlanPorts 数 ) 若使用 RPVST 时支持的生成树实例数 我们始终建议采用 3 层 ECMP 设计, 并使用 VXLAN 来提供重叠, 以将 3 层上的 2 层扩展到带生成树的大型 2 层设计上 采用 3 层和 VXLAN 的设计可提供最高灵活性 最大规模 流量优化 最小故障域 最优的表 / 容量利用率和最快融合时间 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 11

12 ARISTA 双层骨干 / 叶子向外扩展设计 在双层骨干 / 叶子设计中, 每台叶子交换机与每台骨干交换机相连 该设计可在 2 层或 3 层构建, 但 3 层设计支持 2 台以上的骨干交换机, 因而扩展能力更强, 并且 MAC 条目和主路由集中在给定叶子交换机或叶子交换机对 骨干 / 叶子设计 1G 节点, 使用 2 台 ARISTA 7500 系列骨干交换机 图 9: 针对 1G 连接节点的骨干 / 叶子网络设计, 使用上行链路为 10G 的 Arista 7504E/7508E 骨干交换机 (2 台交换机的最大规模 ) 骨干 / 叶子设计 10G 节点,3:1 超额订阅, 使用 2 台 ARISTA 7500 系列骨干交换机 图 10: 针对 10G 连接节点的骨干 / 叶子网络设计,3:1 超额订阅, 使用上行链路为 10G 的 Arista 7504E/7508E 骨干交换机 (2 台交换机的最大规模 ) 骨干 / 叶子设计 10G 节点, 未超额订阅, 使用 2 台 ARISTA 7500 系列骨干交换机 图 11: 针对 10G 连接节点的骨干 / 叶子网络设计, 未超额订阅, 使用上行链路为 10G 的 Arista 7504E/7508E 骨干交换机 (2 台交换机的最大规模 ) 这些拓扑全都可以在 2 层或 3 层构建 若为 2 层设计,MLAG 提供的 L2 网络以主动 / 主动方式运行, 无被阻塞的链路, 骨干交换机之间需要一条 MLAG 对等链路 可能还需要在叶子交换机上使用 MLAG, 以便按主动 / 主动方式连接服务器 / 存储资源 这种情况下, 一对叶子交换机将是一个 MLAG 对, 其间将有一条 MLAG 对等链路 MLAG 对等链路可以是相对较少的物理链路 ( 至少 2 条 ) 因为 MLAG 会排定网络流量的优先级, 对于双连设备, 它仍集中在一台交换机 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 12

13 具有 10G 上行链路的大规模骨干 / 叶子设计 设计也可以利用 3 层向外扩展, 在 ECMP 布局中, 最多可以有 128 台骨干交换机, 支持非常多的扇出叶子交换机 就像骨干交换机可以添加线路卡模块以扩展网络一样, 同样的方法也适用于骨干交换机 网络可以从 2 台骨干交换机发展到 4 台 8 台 16 台, 最终达到 128 台骨干交换机 骨干与叶子之间的所有路径都以主动 / 主动方式运行, 采用 BGP 和 OSPF 等标准路由协议, 使用最多 128 路 ECMP 来以主动 / 主动模式运行所有路径 下面的图片演示了一个采用 3:1 超额订阅 10G 设计的网络如何从 4 台骨干交换机发展为 8 台和 16 台骨干交换机 ( 图 12 至图 14) 图 12:Arista 7504E/7508E 骨干 4 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 3:1 超额订阅 图 13:Arista 7504E/7508E 骨干 8 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 3:1 超额订阅 图 14:Arista 7504E/7508E 骨干 16 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 3:1 超额订阅 下面的图片演示了一个 1G 服务器设计如何利用 4 路 ECMP 进行扩展 ( 对于 48x1G 服务器 / 存储连接, 每台叶子交换机有 4x10G 上行链路 ): ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 13

14 图 15:Arista 7504E/7508E 骨干 4 路 ECMP 至 Arista 48x10G 1.2:1 超额订阅 同样的设计原理也可以应用来构建未超额订阅的 10G 网络 网络规模可以随着时间推移而扩展 ( 按需付费 ), 前期资本投资相对较少 : 图 16:Arista 7504E/7508E 骨干 4 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 叶子交换机未超额订阅 图 17:Arista 7504E/7508E 骨干 8 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 叶子交换机未超额订阅 图 18:Arista 7504E/7508E 骨干 16 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 叶子交换机未超额订阅 图 19:Arista 7504E/7508E 骨干 32 路 ECMP 至 Arista 64 端口 10G 叶子交换机未超额订阅 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 14

15 具有 40G 上行链路的大规模设计 这些简单的设计原理也可用来构建骨干与叶子之间具有 40G 上行链路 ( 而非 10G 上行链路 ) 的网络 Arista 交换机的 40G QSFP+ 端口可配置为 1x40G 或 4x10G, 利用光学元件分接为多条 10G 链路 许多设计可以非常轻松地从 10G 上行链路演变为 40G 上行链路, 或者支持二者的某种组合 在支持 AgilePorts 的 Arista 交换机平台 ( 如 Arista 7150S) 上,4 个 SFP+ 接口可配置为一个 40G 端口, 从而为上行链路速度组合的选择提供更大的灵活性 下面的图片显示了 3 层 ECMP 设计的最大规模, 叶子到骨干为 40G 上行链路, 使用 3:1 超额订阅 10G 节点 : 图 20:Arista 7504E/7508E Spine 4 路 ECMP 至 Arista 48x10G + 4x40G 3:1 超额订阅 光学元件 线缆和收发器选择 有多种收发器 光学元件和线缆可供选择 SFP+/SFP 时最常见的 10G/1G 收发器, 支持各种距离 : 表 6:SFP+/SFP 收发器选项 类型速度范围介质备注 10GBASE-CR 10G 0.5m 1m 1.5m 2m 2.5m 3m 5m 7m 直接连接 (DAC) CX1 屏蔽双绞线 预端接, 两端的收发器通过熔断器连接铜缆 10GBASE-SRL 10G 100m (OM3) 150m (OM4) 50µ MMF 10GBASE-SR 10G 100m (OM3) 150m (OM4) 50µ MMF 光学上可与 10GBASE-SR 互操作, 最长 100m 光学上可与 10GBASE-SRL 互操作, 最长 100m 10GBASE-AOC 10G 3m 5m 7m 10m 15m 20m 25m 30m 预端接光学收发器 预端接, 两端的收发器通过熔断器连接光缆 10GBASE-LRL 10G 1km 9µ SMF 10GBASE-LR 10G 10km 9µ SMF 光学上可与 10GBASE-LR 互操作, 最长 1km 光学上可与 10GBASE-LRL 互操作, 最长 1km 10GBASE-ER 10G 40km 9µ SMF 10GBASE-ZR 10G 80km 9µ SMF 10GBASE-DWDM 10G 40km/80km 9µ SMF 43 个波长可用 1000BASE-T 100M/1G 100m Cat5e 1000BASE-SX 1G 550m 50µ MMF 1000BASE-LX 1G 10km 9µ SMF ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 15

16 QSFP+ 收发器用于 40G 连接 这些也允许将一个物理端口分接为 1x40G 或 4x10G: 表 7:QSFP+ 收发器选项 类型速度范围介质备注 40GBASE-CR4 40G 0.5m 1m 2m 3m 5m 直接连接 (DAC) 利用收发器预端接, 两端通过熔断器连接铜缆 40GBASE-CR4 至 4x10GBASE-CR 4x10G 0.5m 1m 2m 3m 5m 直接连接 (DAC) 预端接, 一端是 QSFP+, 另一端是 4xSFP+, 通过熔断器连接铜缆 40GBASE-AOC 40G 3m 5m 7m 10m 15m 20m 25m 30m 50m 75m 100m 有源光学 (AOC) 预端接, 两端的收发器通过熔断器连接光缆 40GBASE-SR4 40G 100m (OM3) 150m (OM4) 50µ MMF MTP12 可用作 1x40G (40GBASE-SR4) 或 4x10G( 兼容 10GBASE-SR/SRL) 40GBASE-XSR4 40G 300m (OM3) 400m (OM4) 50µ MMF MTP12 可用作 1x40G (40GBASE-XSR4) 或 4x10G( 兼容 10GBASE-SR/SRL) 兼容 40GBASE-SR4, 最长 150m 40GBASE-UNIV 40G 150m (50µ MMF) 500m (9µ SMF) 50µ MMF 或 9µ SMF LC 工作在 MMF 或 SMF 上兼容 SMF 上的 40GBASE-LR4, 最长 500m 40GBASE-SRBD 40G 100m (OM3) 150m (OM4) 50µ MMF LC 也称为 40G BiDi 支持现有 MMF LC 光纤设备上的 40G 到 40G 40GBASE-LRL4 40G 1km 9µ SMF LC 40GBASE-PLRL4 40G 1km 9µ SMF MTP12 40GBASE-PLR4 40G 10km 9µ SMF MTP12 40GBASE-LR4 40G 10km 9µ SMF LC 双工光纤, 低成本, 最长 1km 兼容 40GBASE-LR4, 最长 1km 可用作 1x40G (40G-PLRL4) 或 4x10G( 兼容 10GBASE-LR / LRL, 最长 1km) 可用作 1x40G (40G-PLR4) 或 4x10G( 兼容 10GBASE-LR, 最长 10km) 支持与所有 40GBASE-LR4 光学元件以及最长 1km 的 40G- LRL4 进行多供应商互操作 40GBASE-ER4 40G 40km 9µ SMF LC Arista 7500E-72S-LC 和 7500E-12CM-LC 线路卡模块使用嵌入式 100G 光学元件来提供行业标准 100GBASE- SR10 40GBASE-SR4 和 10GBASE-SR 端口, 无需任何收发器 这可以实现业界性价比最高 密度最大的 10/40/100G 连接 每个端口与一条标准 MPO/MTP24 电缆 ( 一条电缆 / 连接器上有 12 个光纤对 ) 对接, 提供不可思议的配置灵活性, 一个端口可以用作以下任何一项 : 1 x 100GBASE-SR10 3 x 40GBASE-SR4 2 x 40GBASE-SR4 + 4 x 10GBASE-SR 1 x 40GBASE-SR4 + 8 x 10GBASE-SR 12 x 10GBASE-SR 这些端口可以配合 OM3/OM4 MMF 使用, 支持 300m (OM3) 和 400m (OM4) 的距离 MPO 至 12xLC 插线电缆分接为 12 x LC 连接器以连接到 SFP+ ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 16

17 某些交换机上的 Arista AgilePorts 可以使用 4 个或 10 个一组的 SFP+ 端口来创建行业标准 40GBASE-SR4 或 100GBASE- SR10 这就为网络从 10G 发展到 40G 和 100G 以及支持的距离方面提供了更大的灵活性 QSFP100 收发器针对 100G 数据中心范围连接进行了优化 某些交换机平台还有分接为 4x25G/2x50G 的选项 表 8:QSFP100 收发器选项 类型速度范围介质备注 100GBASE-CR4 100G 1m 2m 3m 5m 直接连接 (DAC) 利用收发器预端接, 两端通过熔断器连接铜缆 100G 至 4x25G 4x25G 0.5m 1m 2m 3m 5m 直接连接 (DAC) 预端接, 一端是 QSFP100, 另一端是 4xQSFP, 通过熔断器连接铜缆 100GBASE-AOC 100G 3m 5m 7m 10m 15m 20m 25m 30m 有源光学 (AOC) 预端接, 两端的收发器通过熔断器连接光缆 100GBASE-SR4 100G 70m (OM3) 100m (OM4) 50µ MMF MTP12 某些交换机平台上可用作 1x100G 或 4x25G 100GBASE-LRL4 100G 1km 9µ SMF LC 100GBASE-LR4 100G 10km 9µ SMF LC 双工光纤, 低成本, 最长 1km 兼容 100GBASE-LR4, 最长 1km 支持与所有 100GBASE-LR4 光学元件以及最长 1km 的 100G-LRL4 进行多供应商互操作 CFP2 收发器针对同一都市区中数据中心之间的较长距离连接进行了优化 表 9:CFP2 收发器选项 类型速度范围介质备注 100GBASE-XSR10 100G 300m (OM3) 400m (OM4) 50µ MMF MTP24 兼容 100GBASE-SR10 最长 100m (OM3) / 150m (OM4) 100GBASE-LR4 100G 10km 9µ SMF LC 100GBASE-ER4 100G 40km 9µ SMF LC ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 17

18 支持上述设计的 ARISTA EOS 基础特性 开放架构 Arista 解决方案赋予客户完全自由的选择权, 客户不用担心被供应商的产品或专有协议 套牢 Arista 通用云网络 (UCN) 架构完全基于 BGP OSPF LACP VXLAN 等符合标准的工具, 客户可以根据需要完全自由地更换产品 这种方法使得我们的客户可以根据未来网络需求进行灵活调整 所有层次的可编程性 许多网络供应商声称其系统是开放且可编程的, 但仔细考察会发现, 其可编程性是有限的, 并且实现得很差, 仅处理堆栈的一部分, 难以使用和维护 基于让客户拥有完全控制权的核心信念,Arista EOS 支持利用结构化且开放的 API 访问软件堆栈的所有层次 内核 硬件 控制平面和管理 这种创新结构使得 EOS 能够提供无可比拟的编程访问能力, 包括 : Arista EOS SDK - 暴露业界第一个可编程且可扩展的网络平台, 包含已部署的客户实例 EOS API - 利用 HTTP/HTTPS 上的 JSON API 对底层系统进行功能全面的访问 通过 Arista 开放 API 与 Splunk F5 Palo Alto Nuage VmWare 和其他伙伴实现技术集成 Arista CloudVision - Arista 正在扩展 EOS 平台, 将全网络的多功能控制器作为单一 API 提供, 以实现实时服务开通 编排和与多供应商控制器的集成 CloudVision 是对网络中所有交换机状态的抽象, 提供 Sysdb 的集中式实例, 从而为实现全网络的可见性提供了一种可靠且可扩展的方法 Arista 通用云网络设计获得了 Arista 备受赞誉的 可扩展操作系统 的多项基础特性的支持 : 多机箱链路聚合 (MLAG) MLAG 使得设备可以连接到一对 Arista 交换机 ( 一个 MLAG 对 ), 所有链路以主动 / 主动模式运行 MLAG 消除了瓶颈, 提供弹性, 并使 2 层链路能以主动 / 主动模式运行, 而不会像 STP 阻塞链路那样浪费 50% 的带宽 带 MLAG 的 L3 任播网关 ( 虚拟 ARP / VARP) 使得 L3 网关能以主动 / 主动模式运行, 不存在 HSRP 或 VRRP 那样的协议开销 对于相邻设备,MLAG 像标准链路聚合 (LAG) 那样工作, 既可以 链路聚合控制协议 (LACP)( 前身为 IEEE 802.3ad, 最近是 IEEE 802.1AX-2008) 运行, 也可以静态 模式开启 配置运行 MLAG 交换机对同步其间的转发状态, 一个节点的故障不会引起任何中断或停机, 因为设备以主动 / 主动模式工作, 不存在从待机变为主动的规则, 也没有新状态需要学习 零接触服务开通 ZTP 使得交换机无需任何配置即可进行物理部署 利用 ZTP, 交换机从网络中的一个集中位置加载其映像和配置 这样可以简化部署, 使网络工程资源能被用于更有效的任务, 避免将宝贵的时间浪费在交换机服务开通等重复性任务上, 也不需要网络工程师带着串行控制台电缆四处走动 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 18

19 ZTP 的扩展 零接触更换 (ZTR) 支持实际更换交换机, 新交换机获取与被替换交换机相同的映像和配置 交换机 ID 和配置不是与交换机 MAC 地址绑定, 而是与设备在网络中的安装位置绑定 ( 基于相邻设备的 LLDP 信息 ) 虽然硬件故障和 RMA 不是常见事件, 但若发生,ZTR 可将恢复时间缩短为新交换机到达和物理接线所需的时间, 而不是要等网络工程师有空, 带着串行控制台电缆来到交换机面前提供设备配置 VM TRACER 虚拟数据中心的规模已大幅扩大, 支持虚拟数据中心的物理和虚拟网络的规模和复杂度也随之提高 虚拟机通过虚拟交换机连接到物理基础设施, 因而增加了一个抽象层, 复杂度也进一步增长 用来帮助 VMware 管理员管理虚拟机和网络的服务器端工具已涌现, 但用来帮助网络管理员解决物理和虚拟网络间冲突的同等工具尚未出现 Arista VM Tracer 架起了这座桥梁, 它可以发现哪些物理服务器被虚拟化 ( 通过与 VMware vcenter API 对话 ), 它们应当处于什么 VLAN( 基于 vcenter 中的策略 ), 然后利用 vmotion 事件自动实时应用物理交换机端口配置 这样便实现了自动端口配置和 VLAN 数据库成员识别, 以及中继端口中 VLAN 的自动增加 / 删除 VM Tracer 还为网络工程师提供了对物理交换机端口上的 VM 和物理服务器的详细可见性, 同时支持服务器和网络团队之间的灵活性和自动化 VXLAN VXLAN 是一种多供应商 行业支持的网络虚拟化技术, 支持在 2 层构建更大规模的网络, 而不会有大型 2 层网络固有的规模问题 它利用类似 VLAN 的封装技术将 2 层以太网帧封装在 3 层的 IP 包内, 因此, 它被归为 重叠 网络 从虚拟机角度看,VXLAN 支持将 VM 部署在任何地方的任何服务器上, 与物理服务器所在的 IP 子网或 VLAN 无关 VXLAN 解决了 2 层网络规模的多个基础问题 : 支持大型 2 层网络而不用增大故障域 扩展到 4K VLAN 以上 支持 2 层连接跨越多个物理位置或舱 有能力将泛洪 ( 未知目的地 ) 和广播流量集中在单个站点 支持构建大型 2 层网络, 每台设备不必知道所有其他 MAC 地址 VXLAN 是支持 2 层重叠在 3 层上的行业标准方法 有多家供应商支持 VXLAN, 因此 VXLAN 有多种部署方式 : 作为软件功能部署在虚拟机监控程序驻留的虚拟交换机上, 部署在防火墙和负载平衡设备上, 以及部署在 L3 交换机内置的 VXLAN 硬件网关上 Arista 带硬件 VXLAN 网关能力的交换机平台包括 : 所有含字母 E 或 X 的 Arista 交换机 (Arista 7500E 系列 Arista 7280E Arista 7320X 系列 Arista 7300E 系列 Arista 7060X 系列 Arista 7050X 系列 ) 和 7150 系列 这些平台支持基于单播的硬件 VXLAN 网关能力, 并可通过 Arista CloudVision 开放式基于标准的非专有协议 ( 如 OVSDB) 或静态配置进行编排 这种提供硬件 VXLAN 网关能力的方法允许最终用户自主选择云编排平台, 无需担心供应商专有锁定 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 19

20 LANZ Arista 延迟分析器 (LANZ) 支持实时跟踪网络拥塞, 避免拥塞导致性能问题 当今系统常常是在有人抱怨 网络似乎很慢 时才检测有无拥塞 网络团队得到故障报告单后进行检查, 可能发现关键接口上发生丢包现象 以前, 网络团队可以使用的最佳解决办法是将问题端口映射到数据包捕捉设备, 希望拥塞问题再次出现 现在有了 LANZ 的主动拥塞探测和警示功能, 管理员和集成式应用程序均可 : 预先制止可能引起延迟或丢包的网络状况 根据占优势的条件调整应用程序行为 及早发现潜在瓶颈, 主动规划容量 维护鉴证数据供事后相关分析和检验 ARISTA EOS API 利用 Arista EOS API (eapi) 中的命令 API (CAPI), 应用程序和脚本便可通过编程来全面控制 EOS, 其语法稳定且易于使用 eapi 通过编程 API 暴露 Arista 交换机的所有状态以及全部功能的所有配置命令 一旦启用 eapi, 交换机就会接受使用 Arista CLI 语法的命令, 并用机器可读的输出和错误作出响应, 在 JSON 中串行化, 通过 HTTP 或 HTTPS 送达 该协议非常简单, 并且 JSON-RPC 客户端适用于所有脚本语言, 因此,eAPI 与语言无关, 可轻松集成到任何现有基础架构和工作流程中, 并且可以通过机内 (on-box) 或机外 (off-box) 脚本加以利用 Arista 确保命令的结构化输出始终会向前兼容多个未来版本的 EOS, 以便最终用户能够满怀信心地开发关键应用程序, 而不用担心其升级到 EOS 新版本和使用新功能的能力会受影响 OPENWORKLOAD OpenWorkload 是一款网络应用程序, 支持开放式工作负载移动性, 可通过与领先的虚拟化和编排系统集成来实现自动化, 并且提供完整的物理和虚拟可见性以简化故障排除 无缝扩展 - 完全支持网络虚拟化, 可连接主要 SDN 控制器 集成编排 - 可与 VMware NSX OpenStack Microsoft Chef Puppet Ansible 及其他工具接口以简化服务开通 VM 级的工作负载可见性, 支持移动式策略 持久性监视和快速排除云网络故障 Arista 的开放架构在设计上可与 VMware OpenStack 和 Microsoft OMI 集成, 支持与任何虚拟化和编排系统集成 智能系统升级 智能系统升级 (SSU) 可减轻网络升级的负担, 使应用程序停止运行时间最小化, 并降低关键变更控制期间的风险 SSU 提供了一整套可定制的功能, 并通过集成将 Microsoft F5 和 Palo Alto Networks 等数据中心基础设施合作伙伴密切联系起来, 设备可以从服务中无缝取出来或再放回去 这有助于让客户始终使用最新版本软件, 消除不必要的停机时间或系统中断 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 20

21 网络遥测 网络遥测是一种用于快速排除故障 ( 从故障检测到故障隔离 ) 的新模型 网络遥测以流形式向 Splunk ExtraHop Corvil 和 Riverbed 的应用程序传输有关网络状态的数据, 包括承载和重叠网络的统计信息 基础设施关键信息暴露给应用程序层之后, 便可主动避免问题发生 OPENFLOW 和 DIRECTFLOW Arista EOS 支持由 OpenFlow 控制器控制的 OpenFlow 1.0 对流量进行过滤和重定向 Arista EOS 还支持无控制器模式, 依靠 Arista DirectFlow 来引导流量通往 SDN 应用程序 ( 例如 TAP 聚合程序 ) 这使得生产网络可以运行标准 IP 路由协议, 而针对 SDN 应用程序则通过编程来配置对某些流程的处理 ARISTA EOS: 稳定且灵活的平台 Arista 可扩展操作系统 (Extensible Operating System) 或 EOS 是目前最先进的网络操作系统 它集现代软件和 O/S 架构 透明可重启的流程 开放平台开放 未经修改的 Linux 内核和有状态的发布 / 订阅数据库模型于一体 EOS 的核心是系统数据库, 简称为 SysDB SysDB 是机器产生的基于对象模型的软件代码, 这些对象模型用于存储 EOS 中每个进程的状态 EOS 中的所有进程间通信都实现为对 SysDB 对象的写操作 这些写操作传播到已订阅的代理, 触发代理中的事件 举个例子, 当一个用户级 ASIC 驱动程序检测到一个端口发生链路故障时, 它便会将此信息写入 SysDB, 然后 LED 驱动程序从 SysDB 接收到更新, 读取该端口的状态并相应地调整 LED 状态 这种将状态传送到整个系统的集中式数据库方法和自动产生 SysDB 代码的方式, 可以减少风险和错误, 改善软件功能速度, 并让客户能够使用相同的 API 来接收 SysDB 通知或定制并扩展交换机功能 Arista 的软件工程方法在质量和一致性方面也有利于我们的客户 : 用户空间中的完整故障隔离, 通过 SysDB 有效化解灾难性事件 发生内存泄漏等较常见情况时, 系统可以自愈 每个进程都是分离的, 无 IPC 或共享内存, 适用的情况下采用命运共享 与字节序无关和多线程 无手动软件测试 所有自动化测试都是全天候运行, 操作系统运行在仿真器中和硬件上,Arista 有效调整协议和单元测试成本 所有平台保持单个系统二进制 这可以提高每个平台的测试深度, 缩短上市时间, 并使功能和缺陷修正方案兼容所有平台 EOS 提供的开发框架支持 可扩展性 这一核心概念 它采用开放式基础架构, 提供同类最佳的软件开发模型, 可改善功能速度和正常运行时间, 简化维护工作, 并允许选择不同的工具和选项 ARISTA EOS 可扩展性 Arista EOS 为根级管理员提供了全面的 Linux shell 访问权, 我们的客户可以使用广泛的 Linux 工具 秉持 开放 精神, 整个 SysDB 编程模型和 API 集都是可见的, 可通过标准 bash shell 使用 SysDB 不是一个 带围墙的花园 式 API, 它提供的不是 Arista 所用功能的一个有限子集 Arista 软件开发人员在 EOS 内的地址空间之间使用的所有编程接口, 都可以供第三方开发人员和 Arista 客户使用 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 21

22 下面是人们定制和使用 Arista EOS 可扩展性的一些例子 : 想要每晚将所有日志文件备份到特定 NFS 或 CIFS 共享? 只需从交换机直接安装存储器, 然后使用 rsync 或 rsnapshot 复制配置文件 想要把交换机上的接口统计信息或 LANZ 流数据存储到一个循环数据库中? 直接在交换机上运行 MRTG 喜欢 Internet2 PerfSonar 性能管理应用? 只需在本地运行这些应用 当服务器启动时, 想要运行 Nessus 以对该服务器进行安全扫描? 创建一个事件句柄, 当一个端口激活时触发该句柄 想要利用 Chef Puppet CFEngine 或 Sprinkle 来使服务器环境自动化? 使用其中的任意工具或所有工具来实现自动配置, 还可以监视 Arista 交换机 想要从交换机直接 PXE 启动服务器? 只需在交换机上运行 DHCP 和 TFTP 服务器 如果您不习惯在 EOS 所工作的 Linux 实例上运行代码, 我们允许通过内置 KVM 在交换机上运行访客 OS 您可以给访客 OS 分配资源 (CPU RAM vnic), 我们通过企业级 SSD 为交付的交换机提供附加闪存 其他软件定义云网络 (SDCN) 技术 除了所述的 EOS 基础技术,Arista 软件定义云网络 (SDCN) 还整合了多种其他技术来实现向外扩展的自动化网络设计 其他一些技术包括 : 高级事件监视 (AEM) 自动化监视 / 管理 Arista CloudVision 图 21:Arista EOS 基础功能和云网络扩展能力 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 22

23 图 22:Arista 云网络设计 : 单层 Spline TM 和双层骨干 / 叶子,100 到 100,000+ 端口 总结 Arista 云网络设计采用的原则已使得云计算极富吸引力 ( 自动化 自助服务开通 性能和经济性的线性扩展 ), 它以一种既非专有 又无供应商锁定的方式与软件定义网络的原则 ( 网络虚拟化 自定义可编程性 简化架构 更现实的价位 ) 相结合 这种结合创造出一个同类最佳的软件基础, 使得网络对于企业和服务提供商数据中心的价值均实现最大化 :IT 基础设施内对完成任务最重要的位置有了一种新的架构, 它可简化管理和服务开通, 加速服务交付, 降低成本, 为获得竞争优势创造机会, 同时将控制权和可见性放回网络和系统管理员手中 ARISTA 白皮书云网络 : 数据中心网络的向外扩展 23

24 圣克拉拉市 公司总部 5453 Great America Parkway Santa Clara, CA 电话 : 旧金山 研发与销售办事处 1390 Market Street Suite 800 San Francisco, CA 印度 研发办事处 Eastland Citadel 102, 2nd Floor, Hosur Road Madiwala Check Post Bangalore 温哥华 研发办事处 Suite 350, 3605 Gilmore Way Burnaby, British Columbia Canada V5G 4X5 爱尔兰 国际总部 Hartnett Enterprise Acceleration Centre Moylish Park Limerick, Ireland 新加坡 亚太地区行政办事处 9 Temasek Boulevard #29-01, Suntec Tower Two Singapore 关于 ARISTA NETWORKS Arista Networks 从创建伊始就为大型数据中心和计算环境提供软件定义的云网络解决方案 屡获殊荣的 Arista 10 Gb 以太网交换机重新定义了扩展性 鲁棒性和性价比 全球部署的云网络端口已超过一百万 Arista 平台的核心是可扩展操作系统 (Extensible Operating System, 简称 EOS ), 它是世界最先进的网络操作系统 Arista Networks 通过分销伙伴 系统集成商和转售商销往全球 欲了解其他信息和资源, 请访问 : 版权所有 2015 Arista Networks, Inc. 保留所有权利 CloudVision Extensible Operating System 和 EOS 是注册商标,Arista Networks 是 Arista Networks, Inc. 的商标 其他所有公司名称是其各自持有者的商标 本文档中的信息如有更改, 恕不另行通知 有些功能可能尚不可用 Arista Networks, Inc. 对于本文档中可能出现的任何错误不承担任何责任 09/15 ARISTA 白皮书 云网络 : 数据中心网络的向外扩展

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