媒體云平臺關鍵網絡技術探討

文｜高麗艷

一、媒體領域推進云平臺建設勢在必行

近年來，云技術作為新誕生的IT業新秀持續升溫，以令人瞠目結舌的不可阻擋之勢經歷了爆炸式增長,帶來了全新的技術理念和技術革命。Google、Amazon、IBM和微軟IT等商業巨頭們以前所未有的速度和規模推動著云技術和云產品的普及。國內對云技術的研究也如火如荼，中國移動和阿里巴巴已成為國內云計算技術研究的先行者。

在媒體產業走向內容海量化、體驗個性化、高清互動化、終端多樣化的過程中，媒體同樣有建設云平臺業務的迫切需求。云技術按服務類型可以分為：公有云、私有云和混合云。私有云由媒體自己打造云計算的基礎設施，其數據安全高于公有云服務。媒體通過搭建私有云，可以有效保護數據安全，媒體發展云技術勢在必行。

首先，媒體云平臺可以實現基礎IT資源的池化和虛擬化。搭建虛擬平臺，實現統一管理和服務。云技術可實現資源統一管理、調度和共享，提高IT資源利用率，實現業務應用的快速部署、按需支撐，提高技術系統建設和運維的效率。

其次，媒體云平臺實現數據和應用的整合。云技術將數據轉化為資源，將業務系統轉化為服務能力，能夠快速重構應用系統，快速響應業務變化，支撐全媒體業態的快速發展。

最后，媒體云平臺可提供個性化服務。提供全媒體云服務，適應終端移動化、商務社交化的趨勢，融合行業和社會資源，為全球新聞信息用戶提供互動性個性化服務，實現終端前移，技術引領。

總之，從傳統媒體的全媒體發展思路來看，傳媒機構需要充分應用云計算等新興技術，形成一套成熟、穩定的數字化全媒體平臺。

二、網絡虛擬化為云平臺業務靈活部署鋪平道路

虛擬化是實現云技術最重要的技術基礎，是云技術區別于一般并行運算根本性的特點。云平臺中網絡作為數據中心的連接器，在虛擬化中具有舉足輕重的作用。在虛擬化的云計算平臺中，不但要求網絡本身能夠作為虛擬化的資源池實現靈活分配，同時還要求網絡能夠感知到計算資源和存儲資源的虛擬化，真正實現數據中心端到端的虛擬化。

網絡虛擬化技術主要有多虛一技術和一虛多技術。相對一虛多技術，目前網絡多虛一技術有廣泛的應用前景，主要分為控制平面虛擬化與數據平面虛擬化。

1、控制平面虛擬化

控制平面虛擬化是將所有設備的控制平面合而為一，只有一個主體去處理整個虛擬交換機的協議處理、表項同步等工作，虛擬化設備之間形成主備關系。網絡虛擬化減少了設備節點，并通過跨設備鏈路聚合技術，取代傳統部署方式中的STP+VRRP協議，使網絡拓撲變得簡潔。同時網絡設備控制平面虛擬化使交換機更易管理，提高了運營效率。網絡多虛一技術需要支持以下關鍵技術（如圖1所示）：

（1）專用鏈路實現狀態同步。每兩臺網絡設備使用專用鏈路連接，來初始化建立鄰接、協商主備、同步協議狀態，并傳輸跨機框轉發的數據流量。通常使用10GE鏈路捆綁來做專用鏈路，從而實現數據的高速傳輸。

（2）基于引擎的主備模式。控制平面用一塊主控引擎作為虛擬交換機的主控制引擎，其他引擎作為備份。所有的協議學習，表項同步等工作都是由主控制引擎獨立完成。

（3）跨設備鏈路聚合。網絡虛擬化可以有效避免二層多路徑環境下形成環路，所以多虛一網絡設備需支持跨單機鏈路聚合技術。

圖1 網絡虛擬化

（4）雙活檢測機制。當設備間專用鏈路故障后，為了避免在網絡中出現雙活節點，對網絡造成IP網關混亂，需要支持雙活處理機制以應對專用鏈路故障。

控制平面虛擬化能夠同時解決統一管理與接口擴展需求，但也存在一定的局限性。以機框式網絡設備為例：不管以后能夠支持多少臺設備虛擬合一，從控制平面處理整個虛擬交換機運行的物理控制節點主控板都只能有一塊為主。其他都是備份角色，無法做到多設備的負載均衡，虛擬交換機支持的物理節點規模永遠會受限于此控制節點的處理能力。

2、數據平面多虛一技術

控制平面虛擬化的局限性推進了數據平面虛擬化技術的迅猛發展，TRILL技術脫穎而出。TRILL技術用L2 ISIS作為控制協議，在所有設備上進行拓撲路徑計算，將三層路由控制算法引入到二層交換中，把原始報文進行外層封裝，轉換到新的地址空間，以不同目的Tag在TRILL區域內部進行轉發。

TRILL標準中，Routing Bridge簡稱RBridge或RB，是支持TRILL功能的網絡節點的統稱，類似一個IP Router。Nickname用來標識每個RB設備，每個節點Nickname各不相同，每個RB可以有多個Nickname。Nickname可以自動配置也可以手工配置。

（1）單播以太幀傳輸

當單播以太幀通過位于TRILL網絡邊緣的Ingress RBridge進入TRILL網絡時，原始幀頭前被增加一個額外的“TRILL報文頭”，其中包含Ingress RBridge Nickname和Egress RBridge Nickname。“TRILL報文頭”前要添加“Next-Hop報文頭”，由此完成TRILL幀封裝。

TRILL幀在RBridge間轉發過程，就像IP報文在路由器間轉發。RBridge根據TRILL頭中的Egress Nickname進行逐跳轉發，Next-hop頭在每一跳都要修改，而TRILL頭中只有TTL值發生變化。TRILL幀最終在TRILL網絡邊緣的Egress RBridge被還原成標準以太幀，并被送出TRILL網。如圖2所示。

（2）多目的以太幀

對于多目的以太幀(廣播、組播、未知單播)的處理，要求RBridge通過TRILL IS-IS的計算結果生成出多棵具有不同樹根的分發樹。多目的幀進入TRILL網絡，由Ingress RBridge選擇一顆分發樹用于該幀在TRILL網的轉發，并將樹根RBridge Nickname作為“TRILL頭”中的Egress RBridge Nickname。如果RB間存在多條路徑時，會使用Hash計算后發送，以確保多路徑負載分擔。此后的處理過程與IP組播報文在組播路由器間的轉發類似，每個RBridge只根據樹根RBridge標識的分發樹選擇TRILL的復制和轉發策略。如圖3所示。

總之，Trill技術實現了數據平面的虛擬化。數據平面虛擬化是廣泛意義上的“多虛一”，此方式在二層以太網數據轉發時可以有效的擴展規模范圍。作為網絡節點“N虛一”來說，目前控制平面虛擬化“N”的數量只能實現十位數，適用于中小型數據中心；數據平面虛擬化的“N”已經可以輕松達到百位的范疇，適用于大型云計算數據中心。但其缺點也很明顯，數據平面虛擬化由于引入了控制協議報文處理，增加了網絡的復雜度。

圖2 RBridge對單播太以幀的轉發

圖3 RBridge對多目的幀的轉發

三、FCoE技術從容簡化網絡架構

云平臺網絡接入層是將服務器連接到網絡的第一層基礎設施，最常見的網絡類型是用于局域網（LAN）連接的以太網，以及用于存儲網絡（SAN）連接的FC網絡。為支持不同類型網絡，服務器需要為每種網絡配置單獨的接口卡，即以太網卡（NIC）和光纖通道主機總線適配器(FC HBA)。多種類型的接口卡和網絡設備削弱了業務靈活性，增加了數據中心網絡管理復雜性、增加了設備成本等開銷。

媒體云平臺中的FCoE技術是把FC幀封裝在以太網幀中，允許LAN和SAN的業務流量在同一個以太網中傳送，很好的解決了不同類型網絡共存所帶來的問題。在主流廠商的FCoE解決方案中，服務器端的網卡和HBA卡融合為CNA卡，網絡接入交換機和光纖交換機融合為FCoE交換機。服務器端的設備數量和接入層的網絡設備數量都減少為原來的1/2，大大降低了設備投入和運營成本。FCoE技術在發展過程中，以太網上傳輸SAN數據遇到多個挑戰。

（1）防止丟包

FCoE技術需要實現流控制機制，這個功能原來在本地光纖通道中通過Buffer-to-buffer Credits特性實現。為了實現流控制，以太網交換機需要支持IEEE 802.3x技術，來調節存儲流量，防止阻塞和緩沖區溢出引起的丟幀。IEEE 802.3x 流量控制標準基于暫停幀實現流量控制，這個技術使發送者后面的傳輸內容延遲一段特定時間再發送。如果接收設備在這段時間過去之前清除緩沖，那么它會重新發送暫停幀，同時將終止時間歸零。從而發送者可以重新傳送，直至接收到另一個暫停幀。

因此，FCoE機制下所有網絡存儲路徑下的終端設備和以太網交換機，必須支持雙向IEEE 802.3x流控制，來實現存儲數據的讀寫。

（2）從光纖通道到以太網的映射

FCoE技術必須解決以太網和光纖通道各自所傳輸的幀之間的差異。通常一個以太網幀最大為1518字節，而一個典型光纖通道幀最大約為2112字節。兩者的差異會阻礙FCoE端到端傳輸的流暢性。

以太網“巨型幀”可以平衡光纖通道和以太網幀大小上的差異。“巨型幀”允許以太網幀在長度上達到9000字節，實現在一個以太網幀下封裝四個光纖通道幀。

FCoE幀是使用六字節MAC硬件目的地址和源地址的本地第二層以太網幀。但MAC地址只能用于從源到目的地幀的交換。FCoE幀中保留了存儲事務中需要的光纖通道尋址，所以需要從FCID(Fibre Channel ID)到以太網MAC地址映射的方法。可以選擇一個與地址解析協議(ARP)相類似的協議，來實現FCID到MAC的地址映射。

在傳統光纖通道中，HBA或存儲端口在連接到以太網交換機時會接收FCID。FCoE設備無法確保通用以太網交換機提供專門的存儲服務，所以必須依靠可用于FCoE交換機內部的域控制器和存儲服務引擎，來提供光纖通道登陸、尋址和其它高級服務。

總之，使用FCoE技術能夠保持并演進現有的光纖通道設備，在保護FC基礎設施上投資的基礎上，使云平臺數據中心運行效率更高，成本效益更好。

四、總結展望

云技術的蓬勃發展說明云計算和云平臺的時代已經到來，它被證明是媒體技術發展一個不錯的選擇。對于媒體單位而言，會面對公有云和私有云的選擇。公共云和私有云方案著眼點和應用場景不盡相同。由于組織文化，或出于安全性或監管的考慮，選擇自己建立私有云成為現在很多媒體單位的必然選擇。建立私有云，媒體單位需要有效評估私有云對業務的影響，使用成熟的模型，采用強大的架構和設計框架，實現對業務的支持。■