以太网技术发展杂感-网络协议

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以太网技术发展杂感

 

以太网技术一直以来都是被动学习的,现如今,需要它主动一些了。所谓被动,取决于一系列的经验值,比如STP阶段停留时间为15秒,因为按照以太网的规模以及发送速率,30秒内所有的交换机得到的信息会处于一个比较一致的状态,如果按照主动的原则,不必等那么久,问一下不就可以了么?

传统的以太网发展经历了几个阶段:

1.CSMA/CD总线型半双工阶段:总线型拓扑。

2.HUB半双工阶段:此时拓扑变了,变成了星型拓扑。

3.学习型Switch阶段:依然是星型拓扑,由于承载的业务的重要性增加,为了提供冗余,此时的拓扑应该是一个环网状的混合型拓扑。

4.逻辑树型阶段:由于以太网实际上是一个广播网络,在提供冗余的以太网环境中,为了避免广播风暴,最终我们需要的是一个逻辑上是树型的拓扑,STP/RSTP/。。。

然而这些早已不再适合如今的环境,STP收敛慢,RSTP部分地解决了这个问题,然而在很多情况下会回退到STP的算法,究其本质原因,就是以太网一直都没有很好的“路由”功能,一直都是被动地收敛,很少有主动的行为,虽然RSTP加入了主动协商的特性进而使某些情况下收敛时间缩短为1秒以内,然而这并不彻底。Switch的学习机制也一样,有些时候还是会回退到广播,因此以太网的交换机学习机制也好,RSTP也罢,充其量只是一种传统以太网的优化,并没有质的飞跃。

 

        以太网一直都在取胜,取代了很多局域网技术,甚至扼杀了处于襁褓中的技术,然而有时候它真的有些固步自封了,这也是事实。试看如今的广域网技术,基本都解决了链路层的路由问题,如果链路层技术本身没有路由机制,那么就封装一个x.5层,ATM交换机很好地实现了链路层路由,通过建立虚通道来为上层的数据构建一条转发链路,甚至三层技术也来凑热闹,众所周知,IP转发是很慢的(暂不考虑Cisco CEF技术),于是2.5层的MPLS就实现了,事先通过标签分发协议在MPLS交换机内部构建一个标签映射表,然后通过将IP数据报封装到MPLS头中实现基于标签而不是基于慢速路由查找的快速转发。

        关于这些,以太网没有看见,也许是看见了而不值得实现,毕竟如今的以太网已经工作的足够好,想当初它就是通过高性价比取胜的,否则双绞线也不会取代诸多特性远远更好的线缆。是时候改变这一切了,因为如今的以太网已经不仅仅服务于一片办公区域了,而是出于云的端点,承载着大量的信息和应用,也许是一个集群的一部分,也许是一个物联网的控制核心…STP等技术的劣势显现出来,必须设计一种主动的链路层路由协议,使最优路径的选择和提供物理冗余并行不悖。根据分层协议的设计原则,这种路由技术应该不依赖于任何的上层技术,然而为了兼容标准的802.3以太网确实需要提供一种新的1.5层的封装,注意,我们如今不是要设计一个新的链路层,而是设计一种技术,可以使以太网实现快速收敛,主动路由计算以及最优路径转发以太帧。基于以上,因此像VPN,GRE,MPLS等成熟的技术均不能成为候选技术,事实上,Cisco的FabricPath就是在这等背景下被开发出来的。最终,以太网完成了它的最后一击,使之完美的适用于云环境了,于是以太网进入了它的新的阶段:

5.依靠最优路由快速转发的阶段:技术实现上,FabricPath只是一个例子,还有很多类似的技术事先,FabricPath使用IS-IS路由协议进行最佳路由的计算,有了最佳路由,也就不需要block端口了,端口全部forward,走不走那个端口由路由计算结果决定!

        到此,我们知道了STP技术不完美的本质,它必然需要block掉某些端口来物理地切断某些路径,正是因为以太网的广播,而以太网本身就是全广播的,学习型交换机的出现抑制了大部分的广播,然而当这种学习机制达到它的极限(比如MAC表中没找到映射)时,帧还是被广播,另外以太网有一个全1的广播MAC地址,这种帧是无论如何都要广播的,不参与学习过程。这种愚蠢且强硬容不得半点商量的广播行为使得STP必须强硬地block掉端口。解决了链路层路由问题,下一步就是解决广播问题了,TTL机制是一个不错的选择,也是FabricPath的选择,另外一种可选的方案我们可以借鉴RIP防环的做法,鉴于以太网的规模有一个可预期的最大值,因此可以采用毒性逆转原则,或者是带有超时时延的水平分割都可以,另外触发更新机制也是一个选择,这有点类似于RSTP的主动报告/应答机制。总之,技术手段是可以融合使用的,然而解决问题的原则却是唯一的。
 


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