论数据中心网络技术的三大精髓

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刚接触数据中心网络技术的人，一定会被这些纷繁复杂的协议搞晕掉。自以太网技术诞生以来，各种网络协议出现很多，RFC（Request For Comments，是一系列以编号排定的文件，所有基于因特网通讯协议在RFC文件内都有详细说明）几乎涵盖了全部的网络协议。然而截止到目前，RFC文档有6476篇，要想将这些协议全部掌握谈何容易。如今，数据中心技术火热，又出现了不少新技术，有的甚至天天都还在更新，RFC草案一个接着一个，这样在刚开始接触网络技术时，头一定会大了。其实，网络技术协议虽然有数千篇，里面也是有不少规律可寻的。本文针对这些网络协议总结出了网络技术的三大精髓，所有的数据中心网络技术万变不离其中，掌握这些精髓后，再去研究这些网络技术，往往会豁然开朗。

隧道技术

早期的数据中心网络技术并不复杂，OSPF+STP+VRRP就可以搭建起世界各地的网络。随着各种应用层出不穷，需要网络层面不断进行适配，这就给网络技术带来了翻天覆地的变化。从这些新的技术中不难发现一些必然的规律，隧道技术就是一个，它几乎是新的网络技术，数据中心网络技术必备的技术。隧道技术如同名字，就是在现有网络上搭建一个虚拟的管道，通过管道传输原始的网络流量。比如：通过在原始报文上，增加一层TAG标签的灵活QINQ技术，通过在原始报文上，增加一层TAB标签的MPLS/VPLS技术，通过在原始报文上，增加一层MAC地址头而实现跨数据中心二层技术等等，这些都是属于隧道技术。之所以用隧道技术，尤其是现在新兴的数据中心技术：TRILL、SPB、EVI、VXLAN等，都使用的隧道技术，这是因为原始的以太协议报文头长度是固定的，这个在以太网协议诞生时就设计好的，无法更改。然而利用现有长度标识的内容并不能实现新数据中心的应用需求，所以就出现了隧道技术。其实隧道技术是增加了原始报文头的长度，赋予报文头有更多的含义，从而满足更多的网络需求。隧道技术几乎覆盖了数据中心新技术的全部，将来的数据中心网络必将更加复杂，势必隧道技术会越来越多样化，也许未来还会有隧道中再加一层隧道，多隧道技术，当我们在原始报文上增加一层隧道依然无法满足复杂多变的应用需要时，多层隧道技术也许就会出现。不难想象，未来再出现的数据中心新网络技术，肯定还是一种隧道技术。

冗余技术

数据中心网络要求高可靠性，在任何时候都不能断网，所以网络技术到处都是冗余设计，大到整个数据中心，小到设备内部芯片，都有冗余设计，冗余设计的目的就是增加数据中心运行的可靠性。就像民航飞机都要带两个甚至四个发动机，冗余的设计增加了飞机的安全性，网络协议里到处体现着冗余设计的影子。比如VRRP协议进行三层网络的冗余，STP/RRPP/TRILL协议进行二层网络的冗余，LAGG/ECMP协议进行端口和路由的冗余，冗余思想无处不在。就算是OSPF/BGP/ISIS三大路由协议，也处处考滤了冗余，当邻居建立起来后，通过Hello报文来维护邻居状态，只有连续收不到多次Hello报文才会进行邻居状态切换，多次反复的发包确认，充分体现了冗余的思想。当我们学习一种新的网络技术时，你会发现很多里边都考虑了冗余的因素，对于邻居状态往往要通过多个状态机的确认，才会有变化。对于转发流量往往要通过多个的报文请求与回应，才会决定转发路径的改变。这些多次确认的机制就是一种冗余设计，允许网络有少量的出错。冗余设计的出现使得网络技术更加健壮，符合数据中心高可靠性的要求，掌握冗余的技巧，对于精通各种网络新技术非常必要。

分区技术

在数据中心网络技术里，分区也是一个出现频率比较高的专业词语。所谓分区就是区域的概念，通过网络技术将一个物理网络分为虚拟的多个区，这样能缩小网络的广播域，对网络进行分区管理，让网络变得有序。比如在OSPF里就有区域的概念，通过将一个物理的网络划分为多个区域，那么区域之间的路由是隔离的，只能通过边缘路由器来互相发布，减少了路由学习的条目，只有域间路由才会通过边缘路由器来互相发布。还有在虚拟化技术上，将多台设备虚拟成为一台设备，再将这台设备虚拟化为多台设备，每台虚拟的设备之间都是隔离的，单独拥有一个转发区域，实际上是对设备进行了虚拟分区。在网络技术里，通过分区主要目的就是减少网络的复杂度，避免出现规模过大的单一网络。通过分区将网络隔离成多个独立的虚拟区域，这样有利于整体网络的稳定，一个区域内的故障不会波及整个网络，一个区域内的网络转发并不关心其它区域内的变化。

隧道、冗余、分区是数据中心网络协议设计的精髓，任何一种网络协议都包含有其中一种或多种特征，掌握好这三大技术特点，对于理解网络技术是非常有帮助的。才能从原理上弄清楚这些网络技术为何要如此设计，三大精髓是网络技术设计的基本要点，也是未来数据中心新网络技术的主要特征。掌握了这些特征再去看RFC网络协议标准，你就会发现原来网络技术如此简单，万变不离这三大精髓，虽然每种新的协议都会有一堆的晦涩难懂的名词，我们不需要对这些名词概念都要背下来，要理解这些概念存在的含义，其实通过与隧道、冗余、分区技术对比，就很快可以搞懂这个网络协议的工作原理及特点，举一反三，很快就会成为数据中心网络的技术专家。
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