IRF2.0網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書

1、IRF2.0 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)白皮書關(guān)鍵詞：IRF、拓?fù)涫占?、角色選舉、高可靠性、冗余備份摘 要：IRF 是一種將多臺設(shè)備虛擬成一臺設(shè)備來管理和使用的技術(shù)。本文將介紹 IRF 如何將這些設(shè)備進(jìn)行虛擬化，以及在網(wǎng)絡(luò)中的主要應(yīng)用。縮略語：縮略語英文全名中文解釋IRFIntelligent Resilient Framework智能彈性架構(gòu)目 錄 HYPERLINK l _bookmark0 概述 HYPERLINK l _bookmark1 4 HYPERLINK l _bookmark0 產(chǎn)生背景 HYPERLINK l _bookmark2 4 HYPERLINK l _bookmark4 技術(shù)優(yōu)點

2、HYPERLINK l _bookmark5 5 HYPERLINK l _bookmark6 IRF的技術(shù)實現(xiàn) HYPERLINK l _bookmark7 6 HYPERLINK l _bookmark6 基本概念 HYPERLINK l _bookmark8 6 HYPERLINK l _bookmark10 IRF軟件架構(gòu) HYPERLINK l _bookmark12 8 HYPERLINK l _bookmark13 IRF的形成 HYPERLINK l _bookmark15 9 HYPERLINK l _bookmark13 物理連接 HYPERLINK l _bookmark

3、16 9 HYPERLINK l _bookmark19 拓?fù)涫占?HYPERLINK l _bookmark20 11 HYPERLINK l _bookmark19 角色選舉 HYPERLINK l _bookmark21 11 HYPERLINK l _bookmark23 IRF管理 HYPERLINK l _bookmark25 13 HYPERLINK l _bookmark23 配置同步 HYPERLINK l _bookmark26 13 HYPERLINK l _bookmark27 成員編號 HYPERLINK l _bookmark28 14 HYPERLINK l _b

4、ookmark27 IRF維護(hù) HYPERLINK l _bookmark29 14 HYPERLINK l _bookmark27 成員設(shè)備加入 HYPERLINK l _bookmark30 14 HYPERLINK l _bookmark31 成員設(shè)備離開 HYPERLINK l _bookmark32 15 HYPERLINK l _bookmark31 拓?fù)涓?HYPERLINK l _bookmark33 15 HYPERLINK l _bookmark34 成員設(shè)備軟件自動升級 HYPERLINK l _bookmark35 16 HYPERLINK l _bookmark34

5、 IRF的高可靠性 HYPERLINK l _bookmark36 16 HYPERLINK l _bookmark34 3.1 1:N冗余 HYPERLINK l _bookmark37 16 HYPERLINK l _bookmark38 協(xié)議熱備份 HYPERLINK l _bookmark39 17 HYPERLINK l _bookmark41 上/下行鏈路的冗余備份 HYPERLINK l _bookmark43 18 HYPERLINK l _bookmark44 IRF端口的冗余備份 HYPERLINK l _bookmark46 19 HYPERLINK l _bookmar

6、k48 IRF報文轉(zhuǎn)發(fā)原理 HYPERLINK l _bookmark49 20 HYPERLINK l _bookmark52 H3C實現(xiàn)的技術(shù)特色 HYPERLINK l _bookmark54 21 HYPERLINK l _bookmark52 通用虛擬化軟件架構(gòu) HYPERLINK l _bookmark55 21 HYPERLINK l _bookmark56 應(yīng)用成熟的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) HYPERLINK l _bookmark57 22 HYPERLINK l _bookmark56 簡化的多框分布式 HYPERLINK l _bookmark58 22 HYPERLINK l _bo

7、okmark56 豐富而穩(wěn)定的功能支持 HYPERLINK l _bookmark59 22 HYPERLINK l _bookmark60 高效的 1:N備份 HYPERLINK l _bookmark61 23 HYPERLINK l _bookmark60 框式設(shè)備成員內(nèi)的冗余保護(hù) HYPERLINK l _bookmark62 23 HYPERLINK l _bookmark60 靈活的設(shè)備間連接 HYPERLINK l _bookmark63 23 HYPERLINK l _bookmark64 典型組網(wǎng)應(yīng)用 HYPERLINK l _bookmark65 24 HYPERLINK

8、l _bookmark64 使用IRF擴(kuò)展端口數(shù)量 HYPERLINK l _bookmark66 24 HYPERLINK l _bookmark64 使用IRF擴(kuò)展系統(tǒng)處理能力 HYPERLINK l _bookmark68 24 HYPERLINK l _bookmark70 使用IRF擴(kuò)展帶寬 HYPERLINK l _bookmark71 25 HYPERLINK l _bookmark70 跨越空間使用IRF. HYPERLINK l _bookmark73 25 HYPERLINK l _bookmark74 使用IRF簡化組網(wǎng) HYPERLINK l _bookmark76 2

9、6概述產(chǎn)生背景目前，網(wǎng)絡(luò)中主要存在兩種形態(tài)的通信設(shè)備：盒式設(shè)備和框式分布式設(shè)備。將它們進(jìn)行比較，我們會發(fā)現(xiàn)：盒式設(shè)備成本低廉，但是沒有高可用性支持，缺乏不中斷的業(yè)務(wù)保護(hù)，無法應(yīng)用于重要的場合（例如核心層、匯聚層、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等）；在復(fù)雜的組網(wǎng)環(huán)境中，盒式設(shè)備擴(kuò)展性差的缺點表現(xiàn)的非常明顯，用戶不得不維護(hù)更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 并且為了增加這些設(shè)備還不得不修改早期的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)；框式分布式設(shè)備具有高可用性、高性能、高端口密度的優(yōu)點，因此經(jīng)常被應(yīng)用于一些重要場合（例如核心層、匯聚層、生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等）。但它相比盒式交換機(jī)也有一些缺點，比如首次投入成本高、單端口成本高等。針對盒式設(shè)備與框式分布式設(shè)備的

10、這些特點，一種結(jié)合了兩種設(shè)備優(yōu)點的IRF虛擬化技術(shù)應(yīng)運而生。IRF就是將多臺設(shè)備通過IRF端口連接起來形成一臺虛擬的邏輯設(shè)備，如 HYPERLINK l _bookmark3 圖 HYPERLINK l _bookmark3 1所示。用戶對這臺虛擬設(shè)備進(jìn)行管理，來實現(xiàn)對虛擬設(shè)備中的所有物理設(shè)備的管理。這種虛擬設(shè)備既具有盒式設(shè)備的低成本優(yōu)點，又具有框式分布式設(shè)備的擴(kuò)展性以及高可靠性優(yōu)點。圖1 IRF 組網(wǎng)應(yīng)用示意圖IP networkMasterSlaveSlaveIRF鏈路IRF鏈路IP network等效于IRF從提出虛擬化理念開始，虛擬化技術(shù)在不斷發(fā)展、變化中，不同廠商的技術(shù)實現(xiàn)也不盡相同

11、，但普遍存在以下問題：支持的功能少。大部分廠商在虛擬化技術(shù)實現(xiàn)時采用了全新的系統(tǒng)架構(gòu)，導(dǎo)致在其它設(shè)備上很普通很成熟的技術(shù)，在虛擬設(shè)備上都必須進(jìn)行單獨的支持，而多年的技術(shù)積累很難在短時間內(nèi)重新實現(xiàn)，因此只能保證虛擬設(shè)備首先支持基本功能，而大量的增值服務(wù)可能缺失。功能支持與其它產(chǎn)品有差異。由于基本架構(gòu)的不同，很多功能在支持虛擬化的產(chǎn)品上的實現(xiàn)不同于任何已有產(chǎn)品，用戶在使用此類產(chǎn)品前必須熟悉這些差異。而在與其它產(chǎn)品混合組網(wǎng)時，更需要了解各產(chǎn)品的不同，給用戶的管理和維護(hù)帶來了很大的不便，增加了維護(hù)成本。技術(shù)不成熟造成運行不穩(wěn)定。這里說的技術(shù)不成熟不是指技術(shù)本身，而是技術(shù)應(yīng)用在虛擬化環(huán)境不成熟。例如虛擬

12、化的一個特點是每個成員都有獨立的控制能力，如何協(xié)調(diào)各成員的控制就是一個問題。再比如成員的地位相互平等，每個成員又都有與其他成員交互的能力，那么隨著成員個數(shù)的增加，成員間的交互將成幾何級數(shù)增加，這就是通常所說的 N 平方問題，虛擬化必須要很好的考慮解決這個問題?？傊@些系統(tǒng)相關(guān)的問題對各種特性來說都需要新的技術(shù)加以解決。而這些全新技術(shù)的不成熟，會直接影響產(chǎn)品的性能以至運行的可靠。H3C 也一直致力于 IRF 技術(shù)的研發(fā)和優(yōu)化，繼推出 IRF1.0 之后，現(xiàn)又推出了具有更加完善功能的通用虛擬化技術(shù) IRF2.0。如無特殊說明，下文中的 IRF 特指 IRF2.0，以下將描述 IRF2.0 的技術(shù)實

13、現(xiàn)和典型應(yīng)用。技術(shù)優(yōu)點IRF 具有以下主要優(yōu)點：簡化管理。IRF 形成之后，用戶通過任意成員設(shè)備的任意端口均可以登錄 IRF 系統(tǒng)，對 IRF 內(nèi)所有成員設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。而不用物理連接到每臺成員設(shè)備上分別對它們進(jìn)行配置和管理。簡化網(wǎng)絡(luò)運行。IRF 形成的虛擬設(shè)備中運行的各種控制協(xié)議也是作為單一設(shè)備統(tǒng)一運行的，例如路由協(xié)議會作為單一設(shè)備統(tǒng)一計算。這樣省去了設(shè)備間大量協(xié)議報文的交互，簡化了網(wǎng)絡(luò)運行，縮短了網(wǎng)絡(luò)動蕩時的收斂時間。IRF 技術(shù)的這一特性是常見的集群技術(shù)所不具備的，后者僅僅能完成設(shè)備管理上的統(tǒng)一，而集群中的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中仍然分別作為獨立節(jié)點運行。低成本：IRF 技術(shù)是將一些較低端的設(shè)備虛

14、擬成為一個相對高端的設(shè)備使用，從而具有高端設(shè)備的端口密度和帶寬，以及低端設(shè)備的成本。比直接使用高端設(shè)備具有成本優(yōu)勢。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力。通過增加成員設(shè)備，可以輕松自如的擴(kuò)展 IRF 系統(tǒng)的端口數(shù)、帶寬和處理能力。保護(hù)用戶投資。由于具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，當(dāng)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級時，不需要替換掉原有設(shè)備，只需要增加新設(shè)備既可。很好的保護(hù)了用戶投資。高可靠性。IRF 的高可靠性體現(xiàn)在多個方面，例如：成員設(shè)備之間 IRF 物理端口支持聚合功能，IRF 系統(tǒng)和上、下層設(shè)備之間的物理連接也支持聚合功能，這樣通過多鏈路備份提高了 IRF 系統(tǒng)的可靠性；IRF 系統(tǒng)由多臺成員設(shè)備組成，Master 設(shè)備負(fù)責(zé) IRF

15、系統(tǒng)的運行、管理和維護(hù)，Slave 設(shè)備在作為備份的同時也可以處理業(yè)務(wù)，一旦 Master 設(shè)備故障，系統(tǒng)會迅速自動選舉新的 Master，以保證通過 IRF 系統(tǒng)的業(yè)務(wù)不中斷，從而實現(xiàn)了設(shè)備的 1:N 備份。IRF 是網(wǎng)絡(luò)可靠性保障的最優(yōu)解決方案。高性能。由于 IRF 系統(tǒng)是由多個支持 IRF 特性的單機(jī)設(shè)備虛擬化而成的，IRF 系統(tǒng)的交換容量和端口數(shù)量就是 IRF 內(nèi)部所有單機(jī)設(shè)備交換容量和端口數(shù)量的總和。因此，IRF 技術(shù)能夠通過多個單機(jī)設(shè)備的虛擬化，輕易的將設(shè)備的核心交換能力、用戶端口的密度擴(kuò)大數(shù)倍，從而大幅度提高了設(shè)備的性能。豐富的功能。IRF 支持包括 IPv4、IPv6、MPLS

16、、安全特性、OAA 插卡、高可用性等全部交換機(jī)特性，并且能夠高效穩(wěn)定地運行這些功能，大大擴(kuò)展了 IRF 設(shè)備的應(yīng)用范圍。廣泛的產(chǎn)品支持。IRF 技術(shù)作為一種通用的虛擬化技術(shù)，對不同形態(tài)產(chǎn)品的虛擬化一體化的實現(xiàn)，使用同一技術(shù)，同時支持盒式設(shè)備的虛擬化，以及框式分布式設(shè)備的虛擬化。IRF的技術(shù)實現(xiàn)基本概念角色I(xiàn)RF 中每臺設(shè)備都稱為成員設(shè)備。成員設(shè)備按照功能不同，分為兩種角色：Master：負(fù)責(zé)管理整個 IRF。Slave：作為 Master 的備份設(shè)備運行。當(dāng) Master 故障時，系統(tǒng)會自動從 Slave 中選舉一個新的 Master 接替原 Master 工作。Master 和 Slave

17、均由角色選舉產(chǎn)生。一個 IRF 中同時只能存在一臺 Master，其它成員設(shè)備都是 Slave。IRF端口一種專用于 IRF 的邏輯接口，分為 IRF-Port1 和 IRF-Port2，需要和 IRF 物理端口綁定之后才能生效。IRF物理端口設(shè)備上可以用于 IRF 連接的物理端口。IRF 物理端口可能是 IRF 專用接口、以太網(wǎng)接口或者光口（設(shè)備上哪些端口可用作 IRF 物理端口與設(shè)備的型號有關(guān)，請以設(shè)備的實際情況為準(zhǔn)）。通常情況下，以太網(wǎng)接口和光口負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)報文，當(dāng)它們與 IRF 端口綁定后就作為 IRF 物理端口，用于成員設(shè)備之間轉(zhuǎn)發(fā)報文?？赊D(zhuǎn)發(fā)的報文包括 IRF 相關(guān)協(xié)商報文

18、以及需要跨成員設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)報文。IRF合并如 HYPERLINK l _bookmark9 圖 2所示，兩個IRF各自已經(jīng)穩(wěn)定運行，通過物理連接和必要的配置，形成一個IRF， 這個過程稱為IRF合并（merge）。圖2 IRF 合并示意圖IRF分裂如 HYPERLINK l _bookmark11 圖 3所示，一個IRF形成后，由于IRF鏈路故障，導(dǎo)致IRF中兩相鄰成員設(shè)備物理上不連通，一個IRF變成兩個IRF，這個過程稱為IRF分裂（split）。圖3 IRF 分裂示意圖IRFXGE1/3/0/1XGE2/3/0/1IRF鏈路Device ADevice BIRF 2Device BIRF

19、 1Device A=+成員優(yōu)先級成員優(yōu)先級是成員設(shè)備的一個屬性，主要用于角色選舉過程中確定成員設(shè)備的角色。優(yōu)先級越高當(dāng)選為 Master 的可能性越大。設(shè)備的缺省優(yōu)先級均為 1，如果想讓某臺設(shè)備當(dāng)選為 Master，則在組建 IRF 前，可以通過命令行手工提高該設(shè)備的成員優(yōu)先級。IRF軟件架構(gòu)IRF設(shè)備的系統(tǒng)架構(gòu)如 HYPERLINK l _bookmark14 圖 4所示，其中，IRF Virtualization：IRF 虛擬化模塊，它能自動進(jìn)行 IRF 的拓?fù)涫占?、角色選舉， 并將各成員設(shè)備虛擬成一個單一的設(shè)備；Hardware：設(shè)備上的硬件；Device Management：設(shè)備管

20、理層，完成對板、卡等各種設(shè)備資源的管理。這里的設(shè)備即包括對硬件的抽象，也包括通過 IRF 虛擬化發(fā)現(xiàn)的邏輯設(shè)備；System Management and Application Modules：系統(tǒng)管理及應(yīng)用模塊，指運行在設(shè)備上的所有管理、控制程序，例如各種路由協(xié)議模塊、鏈路層協(xié)議模塊等。IRF 虛擬化功能模擬出虛擬的設(shè)備，設(shè)備管理同時管理 IRF 的虛擬設(shè)備與真實的物理設(shè)備，屏蔽其差異。而對于運行在此系統(tǒng)上的各種應(yīng)用軟件來說，通過設(shè)備管理層的屏蔽，它并不關(guān)心物理上的差異，即不管是真實的單一設(shè)備還是 IRF 虛擬出來的設(shè)備，它都不需要做任何的修改。圖4 IRF 軟件架構(gòu)HardwareIRF

21、 VirtualizationDevice ManagementSystem Management and Application ModulesIRF的形成物理連接連接介質(zhì)多臺設(shè)備要形成一個 IRF，需要先將成員設(shè)備的 IRF 物理端口進(jìn)行物理連接。設(shè)備支持的 IRF 物理端口的類型不同使用的連接介質(zhì)不同：如果使用 IRF 專用接口作為 IRF 物理端口，則需要使用 IRF 專用線纜連接 IRF 物理端口。專用線能夠為成員設(shè)備間報文的傳輸提供很高的可靠性和性能。如果使用以太網(wǎng)接口作為 IRF 物理端口，則使用交叉網(wǎng)線連接 IRF 物理端口即可。這種連接方式提高了現(xiàn)有資源的利用率（以太網(wǎng)接口沒

22、有與 IRF 端口綁定時用于上下層設(shè)備間業(yè)務(wù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，與 IRF 端口綁定后專用于成員設(shè)備間報文轉(zhuǎn)發(fā)，這種綁定關(guān)系可以通過命令行配置），有利于節(jié)約成本（不需要購置 IRF 專用接口卡或者光模塊等）。如果使用光口作為 IRF 物理端口，則使用光纖連接 IRF 物理端口。這種連接方式可以將距離很遠(yuǎn)的物理設(shè)備連接組成 IRF，使得應(yīng)用更加靈活。連接要求本設(shè)備上與IRF-Port1 綁定的IRF物理端口只能和鄰居成員設(shè)備IRF-Port2 口上綁定的IRF 物理端口相連，本設(shè)備上與IRF-Port2 口綁定的IRF物理端口只能和鄰居成員設(shè)備IRF-Port1 口上綁定的IRF物理端口相連，如 HYPE

23、RLINK l _bookmark17 圖 5所示，否則，不能形成IRF。一個 IRF 端口可以跟一個 IRF 物理端口綁定，也可以跟多個 IRF 物理端口綁定，以提高IRF 鏈路的帶寬以及可靠性。圖5 IRF 物理連接示意圖連接拓?fù)銲RF的連接拓?fù)溆袃煞N：鏈形連接和環(huán)形連接，如 HYPERLINK l _bookmark18 圖 6所示。相比環(huán)形連接，鏈形連接對成員設(shè)備的物理位置要求更低，主要用于成員設(shè)備物理位置分散的組網(wǎng)。環(huán)形連接比鏈形連接更可靠。因為當(dāng)鏈形連接中出現(xiàn)鏈路故障時，會引起 IRF 分裂；而環(huán)形連接中某條鏈路故障時，會形成鏈形連接，IRF 的業(yè)務(wù)不會受到影響。圖6 IRF 連接

24、拓?fù)涫疽鈭D拓?fù)涫占疘RF 中的每臺設(shè)備都是通過和自己直接相鄰的其它成員設(shè)備之間交互 IRF Hello 報文來收集整個 IRF 的拓?fù)潢P(guān)系。IRF Hello 報文會攜帶拓?fù)湫畔?，包?IRF 端口連接關(guān)系、成員設(shè)備編號、成員設(shè)備優(yōu)先級、成員設(shè)備的成員橋 MAC 等內(nèi)容。每個成員設(shè)備都在本地記錄自己已知的拓?fù)湫畔?。初始時刻，成員設(shè)備只記錄了自身的拓?fù)湫畔?。?dāng) IRF 端口狀態(tài)變?yōu)?up 后，成員設(shè)備會將已知的拓?fù)湫畔⒅芷谛缘膹?up 狀態(tài)的 IRF 端口發(fā)送出去。成員設(shè)備收到直接鄰居的拓?fù)湫畔⒑?，會更新本地記錄的拓?fù)湫畔?。?jīng)過一段時間的收集，所有設(shè)備上都會收集到完整的拓?fù)湫畔ⅲǚQ為拓?fù)涫諗浚?/p>

25、此時會進(jìn)入角色選舉階段。角色選舉IRF 系統(tǒng)由多臺成員設(shè)備組成，每臺成員設(shè)備具有一個確定的角色，即 Master 或者Slave。確定成員設(shè)備角色的過程稱為角色選舉。角色選舉會在拓?fù)渥兏那闆r下產(chǎn)生，比如：IRF 建立、新設(shè)備加入、IRF 分裂或者兩個 IRF 系統(tǒng)合并。角色選舉規(guī)則如下：當(dāng)前 Master 優(yōu)于非 Master 成員；當(dāng)成員設(shè)備均是框式分布式設(shè)備時，本地主用主控板優(yōu)于本地備用主控板；當(dāng)成員設(shè)備均是框式分布式設(shè)備時，原 Master 的備用主控板優(yōu)于非 Master 成員上的主控板；成員優(yōu)先級大的優(yōu)先；系統(tǒng)運行時間長的優(yōu)先（各設(shè)備的系統(tǒng)運行時間信息也是通過 IRF Hello

26、報文來傳遞的）；成員橋 MAC 小的優(yōu)先。從第一條開始判斷，如果判斷的結(jié)果是多個最優(yōu)，則繼續(xù)判斷下一條，直到找到唯一最優(yōu)的成員設(shè)備才停止選舉。此最優(yōu)成員設(shè)備即為 Master，其它成員設(shè)備則均為 Slave。在角色選舉完成后，IRF 形成，進(jìn)入 IRF 管理與維護(hù)階段。盒式設(shè)備虛擬化形成的IRF相當(dāng)于一臺框式分布式設(shè)備，Master相當(dāng)于IRF的主用主控板，Slave設(shè)備相當(dāng)于備用主控板（同時擔(dān)任接口板的角色），如 HYPERLINK l _bookmark22 圖 7所示。圖7 盒式設(shè)備虛擬化效果圖Device A (MemberID=1)IRF-Port2IRF-Port1Device B

27、 (MemberID=2)IRF鏈路業(yè)務(wù)接口 XGE1/3/0/1IRF物理端口XGE1/3/0/1 IRF物理端口業(yè)務(wù)接口IRF形成之后假設(shè)Device A當(dāng)選為MasterIRFMaster (MemberID=1)Slave (MemberID=2)IRF的備用主控板IRF的主用主控板框式分布式設(shè)備虛擬化形成的IRF也相當(dāng)于一臺框式分布式設(shè)備，只是該虛擬的框式分布式設(shè)備擁有更多的備用主控板和接口板。Master的主用主控板相當(dāng)于IRF的主用主控板，Master的備用主控板以及Slave的主用、備用主控板均相當(dāng)于IRF的備用主控板（同時擔(dān)任接口板的角色），如 HYPERLINK l _bo

28、okmark24 圖 8所示。圖8 框式分布式設(shè)備虛擬化效果圖IRF管理配置同步IRF 的配置同步包括兩個步驟：初始化時的批量同步和穩(wěn)定運行時的實時同步。批量同步當(dāng)多臺設(shè)備組合形成 IRF 時，先選舉出 Master 設(shè)備。Master 設(shè)備使用自己的啟動配置文件啟動，Master 設(shè)備啟動完成后，將配置批量同步給所有 Slave 設(shè)備， Slave 設(shè)備完成初始化，IRF 形成；在 IRF 運行過程中，有新的成員設(shè)備加入時，也會進(jìn)行批量同步。新設(shè)備重啟以Slave 的身份加入 IRF，Mater 會將當(dāng)前的配置批量同步給新設(shè)備。新設(shè)備以同步過來的配置完成初始化，而不再讀取本地的啟動配置文件。

29、實時同步所有設(shè)備初始化完成后，IRF 作為單一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中運行。用戶使用 Console 口或者 Telnet 方式登錄到 IRF 中任意一臺成員設(shè)備，都可以對整個 IRF 進(jìn)行管理和配置。Master 設(shè)備作為 IRF 系統(tǒng)的管理中樞，負(fù)責(zé)響應(yīng)用戶的登錄請求，即用戶無論使用什么方式，通過哪臺成員設(shè)備登錄 IRF，最終都是對 Master 設(shè)備進(jìn)行配置。Master 設(shè)備負(fù)責(zé)將用戶的配置同步給各個 Slave 設(shè)備，從而使 IRF 內(nèi)各設(shè)備的配置隨時保持高度統(tǒng)一。成員編號在運行過程中，IRF 系統(tǒng)使用成員編號（Member ID）來標(biāo)志和管理成員設(shè)備。例如， IRF 中接口的編號會加入成員

30、編號信息：對于盒式設(shè)備單機(jī)運行時，接口編號第一維參數(shù)的值通常為 1，加入 IRF 后，接口編號第一維參數(shù)的值會變成成員編號的值；對于框式設(shè)備單機(jī)運行時，接口編號采用三維格式（如 GigabitEthernet3/0/1），加入 IRF 后， 接口編號變成四維格式，第一維表示成員編號（如 GigabitEthernet2/3/0/1）。此外，成員編號還被引入到文件系統(tǒng)管理中。所以，在 IRF 中必須保證所有設(shè)備成員編號的唯一性。如果建立 IRF 時成員設(shè)備的編號不唯一（即存在編號相同的成員設(shè)備），則不能建立IRF；如果新設(shè)備加入 IRF，但是該設(shè)備與已有成員設(shè)備的編號沖突，則該設(shè)備不能加入IRF

31、。請在建立 IRF 前，統(tǒng)一規(guī)劃各成員設(shè)備的編號，并逐一進(jìn)行手工配置，以保證各設(shè)備成員編號的唯一性。IRF維護(hù)IRF 維護(hù)的主要功能是監(jiān)控成員設(shè)備的加入和離開，并隨時收集新的拓?fù)洌S護(hù)現(xiàn)有拓?fù)?。成員設(shè)備加入IRF 維護(hù)過程中，繼續(xù)進(jìn)行拓?fù)涫占ぷ鳎?dāng)發(fā)現(xiàn)有新的成員設(shè)備加入時會根據(jù)新加入設(shè)備的狀態(tài)采取不同的處理：新加入的設(shè)備本身未形成 IRF（比如，新加入的設(shè)備配置了 IRF 功能，之后斷電， 再使用 IRF 電纜連接到已有 IRF 系統(tǒng)，上電重啟），則該設(shè)備會被選為 Slave。加入的設(shè)備本身已經(jīng)形成了 IRF（比如，新加入的設(shè)備配置了 IRF 功能，已經(jīng)作為IRF 系統(tǒng)運行，之后使用 IRF

32、 連接到已有 IRF 系統(tǒng)），此時相當(dāng)于兩個 IRF 合并（merge）（請注意，通常情況下，不建議使用這種方式形成 IRF）。在這種情況下，兩個 IRF 會進(jìn)行競選，競選仍然遵循角色選舉的規(guī)則，競選失敗方重啟后所有成員設(shè)備均以 Slave 的角色重新加入 IRF。如果成員設(shè)備加入成功，對 IRF 系統(tǒng)來說，相當(dāng)于增加一個備用主控板以及此板上的接口等物理資源。成員設(shè)備加入可能原因有：人為增加 IRF 系統(tǒng)中的成員；故障恢復(fù)，當(dāng)設(shè)備故障或鏈路故障恢復(fù)時，恢復(fù)的設(shè)備會重新加入 IRF。成員設(shè)備離開IRF 通過以下兩種方式能夠準(zhǔn)確、快速的判斷是否有成員設(shè)備離開，是否需要更新拓?fù)洌簩τ卩従釉O(shè)備直連的情

33、況，成員設(shè)備 A down 或者 IRF 鏈路 down，其直接鄰居設(shè)備 B 能迅速感知設(shè)備 A 的離開（不用等到 IRF Hello 報文超時），會立即將“成員設(shè)備 A 離開”的信息廣播通知給 IRF 中的其它設(shè)備。對于鄰居設(shè)備非直連的情況（即兩成員設(shè)備中間跨接了其它設(shè)備，該設(shè)備不屬于IRF），成員設(shè)備 A down 或者 IRF 鏈路 down，其鄰居設(shè)備 B 不能迅速感知。但鄰居設(shè)備 B 能夠通過 IRF Hello 報文超時機(jī)制發(fā)覺設(shè)備 A 的離開，并將“成員設(shè)備A 離開”的信息廣播通知 IRF 中的其它設(shè)備。獲取到離開消息的成員設(shè)備會根據(jù)本地維護(hù)的 IRF 拓?fù)湫畔⒈韥砼袛嚯x開的是

34、Master 還是 Slave，如果離開的是 Master，則觸發(fā)新的角色選舉，再更新本地的 IRF 拓?fù)?；如果離開的是 Slave，則直接更新本地的 IRF 拓?fù)?，以保證 IRF 拓?fù)淠苎杆偈諗俊３蓡T設(shè)備之間會定期（通常一個周期為 200ms）交互 IRF Hello 報文來維護(hù)鄰居關(guān)系以及傳遞 IRF 的運行參數(shù)。IRF Hello 報文超時機(jī)制的原理是如果持續(xù)多個周期（通常為10 個周期）未收到鄰居的 IRF Hello 報文，則認(rèn)為該成員設(shè)備的 IRF Hello 報文超時， 該成員設(shè)備已經(jīng)離開 IRF，IRF 需要將該成員設(shè)備從拓?fù)渲懈綦x。成員設(shè)備離開可能原因有：人為改變拓?fù)?，取走?/p>

35、員設(shè)備；成員設(shè)備故障；鏈接故障。拓?fù)涓聠渭兊耐負(fù)渥兓冈O(shè)備的拓?fù)溆森h(huán)形鏈接變?yōu)殒溞捂溄?，或者由鏈形鏈接變?yōu)榄h(huán)形鏈接。例如對于環(huán)形鏈接的設(shè)備，當(dāng)鏈路發(fā)生故障時可能變?yōu)殒溞捂溄?；又比如在增加設(shè)備時，對于原有的環(huán)形鏈接，需要先將原有的環(huán)形鏈接變?yōu)殒溞捂溄?，才能接入新的設(shè)備。對于單純的拓?fù)渥兓琁RF 的成員構(gòu)成以及 Master 均不會發(fā)生變化，僅僅會在必要時自動改變轉(zhuǎn)發(fā)的路徑，不會影響設(shè)備的正常使用。成員設(shè)備軟件自動升級IRF 具有自動加載功能。在進(jìn)行 IRF 擴(kuò)展增加新成員設(shè)備時，并不需要新加入的成員設(shè)備與原有虛擬設(shè)備具有相同軟件版本，只要具有兼容的版本既可。新設(shè)備加入 IRF 時， 會與 M

36、aster 設(shè)備的軟件版本號進(jìn)行比較，如果不一致，則自動從 Master 設(shè)備下載系統(tǒng)啟動文件，然后使用新的啟動文件重啟，重新加入 IRF。如果產(chǎn)品不支持該功能，則需要用戶手工配置確保新加入的成員設(shè)備與原有虛擬設(shè)備版本一致后，新設(shè)備才能加入IRF。IRF的高可靠性因為 IRF 設(shè)備通常用于接入層、匯聚層和數(shù)據(jù)中心，所以對可靠性要求很高。為了盡量縮短因日常維護(hù)操作和突發(fā)的系統(tǒng)崩潰所導(dǎo)致的停機(jī)時間，以提高 IRF 系統(tǒng)和應(yīng)用的可靠性，IRF 采用了一系列的冗余備份技術(shù)來保證 IRF 系統(tǒng)的高可靠性：1:N 備份冗余協(xié)議的熱備份上/下行鏈路的冗余備份IRF 端口的冗余備份1:N冗余普通框式分布式設(shè)備

37、采用的是 1:1 冗余，即框式分布式設(shè)備配備了兩塊主控板，主用主控板負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)，備用主控板僅作為主用主控板的備份，隨時與主用主控板保持同步，當(dāng)主用主控板異常時立即取代其成為新的主用主控板繼續(xù)工作。而 IRF 中采用的是 1:N 冗余，即 Master 負(fù)責(zé)處理業(yè)務(wù)，Slave 作為 Master 的備份，隨時與 Master 保持同步。當(dāng) Master 工作異常時，IRF 將選擇其中一臺 Slave 成為新的Master，由于在 IRF 系統(tǒng)運行過程中進(jìn)行了嚴(yán)格的配置同步和數(shù)據(jù)同步，因此新 Master 能接替原 Master 繼續(xù)管理和運營 IRF 系統(tǒng)，不會對原有網(wǎng)絡(luò)功能和業(yè)務(wù)造成影響，

38、同時，由于有多個 Slave 設(shè)備存在，因此可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。對于框式分布式設(shè)備的虛擬化，IRF并沒有因為IRF技術(shù)具有備份功能而放棄每個框式分布式成員設(shè)備本身的主用主控板和備用主控板的冗余保護(hù)，而是將各個成員設(shè)備的主用主控板和備用主控板作為主控板資源統(tǒng)一管理，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)可靠性（如 HYPERLINK l _bookmark24 圖 8所示）。協(xié)議熱備份在 1:N 冗余環(huán)境下，協(xié)議熱備份負(fù)責(zé)將協(xié)議的配置信息以及支撐協(xié)議運行的數(shù)據(jù)（比如狀態(tài)機(jī)或者會話表項等）備份到其它所有成員設(shè)備，從而使得 IRF 系統(tǒng)能夠作為一臺獨立的設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中運行。以路由協(xié)議為例，如 HYPERLINK l

39、 _bookmark40 圖 9所示，IRF設(shè)備左側(cè)網(wǎng)絡(luò)使用的是RIP路由協(xié)議，右側(cè)網(wǎng)絡(luò)使用的是OSPF路由協(xié)議。當(dāng)Master收到鄰居路由器發(fā)送過來的Update報文時，一方面它會更新本地的路由表，同時它會立即將更新的路由表項以及協(xié)議狀態(tài)信息發(fā)給其它所有成員設(shè)備，其它成員設(shè)備收到后會立即更新本地的路由表及協(xié)議狀態(tài)，以保證IRF系統(tǒng)中各個物理設(shè)備上路由相關(guān)信息的嚴(yán)格同步。當(dāng)Slave收到鄰居路由器發(fā)送過來的Update 報文時，Slave設(shè)備會將該報文交給Master處理。當(dāng)Master故障時，新選舉的Master可以無縫的接手舊Master的工作，新的Master接收到鄰居路由器過來的OSP

40、F報文后，會將更新的路由表項以及協(xié)議狀態(tài)信息發(fā)給其它所有成員設(shè)備，并不會影響IRF中OSPF協(xié)議的運行，如 HYPERLINK l _bookmark42 圖 10所示。這樣就保證了當(dāng)成員設(shè)備出現(xiàn)故障的時候，其它成員設(shè)備可以照常運行并迅速接管故障的物理設(shè)備功能，此時，域內(nèi)路由協(xié)議不會隨之出現(xiàn)中斷，二三層轉(zhuǎn)發(fā)流量和業(yè)務(wù)也不會出現(xiàn)中斷，從而實現(xiàn)了不中斷業(yè)務(wù)的故障保護(hù)和設(shè)備切換功能。圖9 協(xié)議熱備份示意圖（成員設(shè)備故障前）RIPOSPFSlave備份信息MasterSlaveSlave圖10 協(xié)議熱備份示意圖（成員設(shè)備故障后）RIPOSPFMaster備份信息SlaveSlave上/下行鏈路的冗余備

41、份IRF采用分布式聚合技術(shù)來實現(xiàn)上/下行鏈路的冗余備份。傳統(tǒng)的聚合技術(shù)將一臺設(shè)備的多個物理以太網(wǎng)端口（被稱為成員端口）聚合在一起，它只能實現(xiàn)對鏈路故障的備份， 而對于設(shè)備的單點故障沒有備份機(jī)制。IRF支持的新型分布式聚合技術(shù)則可以跨設(shè)備配置鏈路備份，用戶可以將不同成員設(shè)備上的物理以太網(wǎng)端口配置成一個聚合端口，這樣即使某些端口所在的設(shè)備出現(xiàn)故障，也不會導(dǎo)致聚合鏈路完全失效，其它正常工作的成員設(shè)備會繼續(xù)管理和維護(hù)剩下的聚合端口。這對于核心交換系統(tǒng)和要求高質(zhì)量服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境意義重大，它不但進(jìn)一步消除了聚合設(shè)備單點失效的問題，還極大提高全網(wǎng)的可用性。如 HYPERLINK l _bookmark45

42、圖 11所示，流向網(wǎng)絡(luò)核心的流量將均勻分布在聚合鏈路上，當(dāng)某一條聚合鏈路失效時，分布式鏈路聚合技術(shù)能夠?qū)⒘髁孔詣又匦路植嫉狡溆嗑酆湘溌芬詫崿F(xiàn)鏈路的彈性備份和提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。數(shù)據(jù)報文IRF數(shù)據(jù)報文圖11 上/下行鏈路的冗余備份示意圖IRFIRF端口的冗余備份IRF采用聚合技術(shù)來實現(xiàn)IRF端口的冗余備份。IRF端口的連接可以由多條IRF物理鏈路聚合而成（如 HYPERLINK l _bookmark47 圖 12所示），多條IRF物理鏈路之間可以對流量進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，這樣能夠有效提高帶寬，增強(qiáng)性能；同時，多條IRF物理鏈路之間互為備份，保證即使其中一條IRF 物理鏈路出現(xiàn)故障，也不影響IRF功能，從

43、而提高了設(shè)備的可靠性。圖12 IRF 端口的冗余備份示意圖對于由框式分布式設(shè)備形成的 IRF 設(shè)備，聚合的 IRF 物理端口可以位于同一塊接口板上也可以位于不同的接口板上，即支持 IRF 物理端口的跨板聚合，這樣即使其中一塊接口板發(fā)生故障也不會影響 IRF 功能。IRF報文轉(zhuǎn)發(fā)原理IRF 采用分布式彈性轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)實現(xiàn)報文的二/三層轉(zhuǎn)發(fā)，最大限度的發(fā)揮了每個成員的處理能力。IRF 系統(tǒng)中的每個成員設(shè)備都有完整的二/三層轉(zhuǎn)發(fā)能力，當(dāng)它收到待轉(zhuǎn)發(fā)的二/ 三層報文時，可以通過查詢本機(jī)的二/三層轉(zhuǎn)發(fā)表得到報文的出接口（以及下一跳），然后將報文從正確的出接口送出去，這個出接口可以在本機(jī)上也可以在其它成員設(shè)備

44、上， 并且將報文從本機(jī)送到另外一個成員設(shè)備是一個純粹內(nèi)部的實現(xiàn)，對外界是完全屏蔽的，即對于三層報文來說，不管它在 IRF 系統(tǒng)內(nèi)部穿過了多少成員設(shè)備，在跳數(shù)上只增加 1，即表現(xiàn)為只經(jīng)過了一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如 HYPERLINK l _bookmark50 圖 13所示，轉(zhuǎn)發(fā)報文的入接口和出接口在同一臺成員設(shè)備上。當(dāng)Slave 1 收到報文后，查找本地轉(zhuǎn)發(fā)表，發(fā)現(xiàn)出接口就在本機(jī)上，則Slave 1 直接將報文從這個出接口發(fā)送出去。圖13 物理設(shè)備內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)MasterSlave 1IRFSlave 3Slave 2如 HYPERLINK l _bookmark51 圖 14所示，轉(zhuǎn)發(fā)報文的入接口和出接口

45、在不同的成員設(shè)備上。當(dāng)Slave 1 收到報文后，查找本地轉(zhuǎn)發(fā)表，發(fā)現(xiàn)出接口在Master上，則Slave 1 按照最優(yōu)路徑先將報文轉(zhuǎn)發(fā)給Master，Master通過出接口將報文轉(zhuǎn)發(fā)給最終用戶。圖14 跨物理設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā) HYPERLINK l _bookmark53 圖 15描述的是IRF對組播報文的處理示意圖。Slave 1 收到一個組播報文，通過查找本地的組播轉(zhuǎn)發(fā)表，Slave 1 知道Master和Slave 3 上均有組播成員的接入，而且Slave 1 到達(dá)Slave 3 的最優(yōu)路徑是通過Master，于是Slave 1 將組播報文轉(zhuǎn)發(fā)給Master，Master將報文復(fù)制三份，其中兩

46、份直接發(fā)給本地連接的組播組成員，另外一份轉(zhuǎn)發(fā)給Slave 3，通過Slave 3 發(fā)送給其它的組播組成員。這樣對于組播報文，每個成員只會根據(jù)需要復(fù)制報文，保證設(shè)備間只有一份報文傳送，節(jié)省了IRF系統(tǒng)內(nèi)部資源，提高了組播報文的處理速度。圖15 組播報文轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)報文MasterSlave 1IRFSlave 3Slave 2H3C實現(xiàn)的技術(shù)特色通用虛擬化軟件架構(gòu)IRF 與其他虛擬化技術(shù)的最大區(qū)別就在于它不再針對特定產(chǎn)品，而是一種通用的虛擬化軟件架構(gòu)。利用這個軟件架構(gòu)，可以將同一系列的設(shè)備進(jìn)行虛擬化，形成各種形態(tài)的一個單一的虛擬設(shè)備，適應(yīng)所有這一類的虛擬化需要。例如目前 IRF 可以將盒式交換機(jī)設(shè)備

47、進(jìn)行虛擬化，也可以將框式分布式交換機(jī)設(shè)備虛擬化。這樣保證各種產(chǎn)品虛擬化功能的一致性，IRF 只會通過不斷完善、發(fā)展，使其功能越來越強(qiáng)大，而不會不斷顛覆，這樣一方面保證了使用上的方便，另一方面使得技術(shù)會越來越成熟，而不是不斷變化的實驗品。在這個軟件架構(gòu)里，IRF 虛擬化只是系統(tǒng)中一個相對獨立的局部功能，它對整個系統(tǒng)的影響是局部的，因此 IRF 虛擬化功能的加入并不會影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。應(yīng)用成熟的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與其他虛擬化技術(shù)不同，IRF 沒有追求系統(tǒng)架構(gòu)的創(chuàng)新，而是采用了應(yīng)用成熟的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。IRF 形成的虛擬設(shè)備采用通用的分布式系統(tǒng)架構(gòu)，目前，分布式系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)在 H3C 的多款設(shè)備得到了很好的實現(xiàn)

48、，早已趨于成熟。一個成熟的架構(gòu)顯然比一個全新的架構(gòu)在商用上有更多優(yōu)勢：首先是系統(tǒng)的穩(wěn)定，經(jīng)過長時間千錘百煉，基于成熟的架構(gòu)開發(fā)的系統(tǒng)的瑕疵早已得到彌補(bǔ)，而一個全新的系統(tǒng)架構(gòu)，勢必會引入一些此架構(gòu)獨有的問題；其次經(jīng)過不斷的優(yōu)化，成熟架構(gòu)的性能也是最優(yōu)的，因此可以保證 IRF 系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、高效的運行。簡化的多框分布式將框式分布式設(shè)備進(jìn)行虛擬化的技術(shù)目前還比較少，即使有個別技術(shù)支持，其形成的虛擬設(shè)備的功能也非常有限，并且支持的成員設(shè)備的數(shù)量也非常少，例如只能將兩個設(shè)備進(jìn)行虛擬化。這是由于按照一般的設(shè)計，多框分布式比普通分布式增加了框一級的管理，成為了兩級的分布式，第一級是框之間的分布式，第二級是

49、框內(nèi)各板的分布式。兩級的分布式需要增強(qiáng)現(xiàn)有的分布式多層交換架構(gòu)，再增加一層結(jié)構(gòu)，但是實現(xiàn)的復(fù)雜度上卻在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上劇增。這種方案實現(xiàn)起來復(fù)雜度高、性能低、可靠性差，不實用。而 IRF 卻從根本上解決了這個問題。在 IRF 中，多框分布式?jīng)]有引入多級分布式的技術(shù)，而是將多框分布式，虛擬成為 1 個主板、多個備板、多個接口板的普通的框式分布式。這種分布式與現(xiàn)有框式分布式的差異僅僅是備板、接口板的個數(shù)，從架構(gòu)上看完全沒有區(qū)別，其復(fù)雜度與普通的框式分布式基本沒有差異，因此成員設(shè)備的個數(shù)不再受系統(tǒng)架構(gòu)的約束，而僅僅取決于硬件的能力。豐富而穩(wěn)定的功能支持IRF 支持全部的 IPv4、IPv6、MPLS、安

50、全特性、OAA 插卡、高可用性等功能，并且保證這些功能高效穩(wěn)定的對用戶提供。其它虛擬化技術(shù)因為采用全新的架構(gòu)方案，導(dǎo)致在其他設(shè)備上很普通很成熟的技術(shù)，在虛擬化設(shè)備上都必須進(jìn)行單獨的支持。例如框式分布式上普遍支持的高可用性技術(shù)，在很多虛擬化技術(shù)上支持都非常有限，功能上也有大量缺失。而 IRF 是基于通用軟件架構(gòu)的，它的加入是對原系統(tǒng)功能的增強(qiáng)，使得原系統(tǒng)可以用于虛擬化環(huán)境，但并沒有修改原系統(tǒng)的接口和運行機(jī)制，因此，原系統(tǒng)支持的各種功能能自然而然地繼承到 IRF 系統(tǒng)中，保證了技術(shù)的延續(xù)性，以及功能的完整豐富。這樣用戶不再需要單獨了解各種功能在 IRF 上是否支持，以及如何工作，保證了使用上的方便

51、。高效的 1:N備份普通框式分布式設(shè)備的分布式采用的是 1:1 備份，而 IRF 中采用的是 1:N 備份，由于有多個備用板存在，因此可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。在性能方面，一般來說 1:N 備份會占用大量帶寬，并且隨著 N 的增加不斷惡化。我們看到其他虛擬化技術(shù)在面對 1:N 備份的這個問題時有兩種解決方法，一種是減少支持高可用性的功能，將有限的資源應(yīng)用到關(guān)鍵業(yè)務(wù)上；另一種是僅僅實現(xiàn)冷備份，即只備份靜態(tài)配置數(shù)據(jù)，依靠犧牲倒換的性能，增加業(yè)務(wù)中斷時間來換取更少的數(shù)據(jù)同步量。顯然這兩種方法都是通過犧牲功能、性能來換取 1:N 備份實現(xiàn)的可能，并沒有真正解決問題。而 IRF 并沒有以犧牲為代價，它通過組播組來備份很好的解決了備份數(shù)據(jù)的 O（N）復(fù)雜度問題，實現(xiàn)了復(fù)雜度為 O（1）的算法，使得多備板對系統(tǒng)資源的占用是固定的， 不會由于備