基于數據中心網絡環境下的組播通信技術探究

朱新義

摘要：本文以數據中心網絡環境為立足點，就組播通信技術進行介紹與分析。首先對overlay與underlay通信概念進行簡要介紹，并分析大規模網絡環境條件下overlay通信技術面臨的主要問題及解決方法，介紹主流數據中心網絡下overlay多播流量的轉發模型。

關鍵詞：數據中心網絡;overlay流量;underlay流量;組播通信

一、網絡邏輯層次分類

1、Underlay

Underlay就是當前數據中心網路基礎轉發架構的網絡，是多學科相互交融的復雜系統工程，可以實現互聯互通的底層網絡技術。

2、overlay

Overlay指的是一種網絡架構上疊加的虛擬化技術模式，其大體框架是在對基礎網絡不進行大規模修改的條件下，實現應用在網絡上的承載，并與其它網絡業務分離，是基于IP的網絡技術。一個Overlay網絡主要由三部分組成，1邊緣設備：是指與虛擬機直接相連的設備。2控制平面：主要負責虛擬隧道的建立維護以及主機可達性信息的通告。3轉發平面：承載Overlay報文的物理網絡。

簡單地說，overlay就是基于底層網絡互聯互通的基礎加上隧道技術去構建一個虛擬的網絡。overlay的核心其實就是隧道（tunnel）技術。VXLAN（VirtualeXtensibleLAN）技術是當前最為主流的Overlay標準。

二、應用場景

通常數據中心的多播流量都是通過頭端復制的方式轉發，如果上行流量特別大，就會占用過多的上行帶寬。這時候可以考慮underlay組播復制的方式，降低上行帶寬壓力。具體實現就是為VNI分配一個Underlay的組播組，所有VTEP都加入這一組播組。對于接收到的多播流量，交換機只發出一份，這一份報文的目的封裝為基于VNI分配的組播IP。報文發出后經過Underlay的IP組播進行復制，分別發給不同的VTEP設備。在此情況下，組播復制對上行帶寬的要求為：接收流量本身的帶寬。如果數據中心存在較大的密集組播流量，即同一個VNI內存在多個主機間發送接收組播流，采用underlay轉發方案，可以大大降低帶寬壓力。

三、數據模型

1）單一網絡環境下的業務轉發流程，也是最簡單的組網。具體如下圖所示：

這是最簡單的組網環境，VM1是組播源。組播到達leaf1后，經過underlay網絡通過組播復制到spine1與spine2及leaf2、leaf3，如上圖紅色箭頭所示，然后再通過overlay轉發給其他虛擬終端，參考上圖的綠色箭頭。

2）疊加M-lag的組網場景

a、PIM-SM作為Underlay組播路由協議，非M-LAG節點發送多播，M-LAG節點接收多播，如下圖：

假設VM1發出多播流量;

1Leaf1上（VTEP1，Group）的出接口指向Spine1、Spine2，Leaf1接收VM1的多播流量后封裝成組播VXLAN報文，分別發送給Spine1、Spine2;

2Spine1作為組播RP結點，對于（VTEP1，Group）有出接口指向Leaf2，將流量發送給Leaf2;

3Spine2作為組播RP結點，對于（VTEP1，Group）有出接口指向Leaf3，將流量發送給Leaf3;

4Leaf2、Leaf3作為M-LAG，有主備之分，假如Leaf2是主設備，能轉發組播隧道的報文Leaf3

是備設備，不能轉發組播隧道的報文，underlay報文只在Leaf2被轉發，發送給VM2、VM3;

5Leaf2通過peerlink的overlay互聯，將報文同步給Leaf3，Leaf3接收后只發給單歸的VM4。

b、PIM-SM作為Underlay組播路由協議，M-LAG節點發送廣播，其他節點接收多播報文，

假設VM3發出多播流量，流量轉發模型如下;

1 Leaf2上（VTEP2，Group）的出接口指向Spine1（因為Leaf2、Leaf3的VTEP一樣，RP只會向其中一個引流，可能出現兩個RP都向M-LAG同一個節點引流或分別M-LAG不同的節點引流），還有一個出接口為經過Underlay的PeerLink口;

2 報文發送給Spine1、Leaf3;Leaf2同時通過peerlink接口同步一份overlay流量，發送一份給VM4;

3 Leaf3從peerlink口接收的overlay流量發送給VM4;Leaf3上PeerLink口的Underlay互聯口為Underlay組播入接口，出接口指向Spine2與PeerLink口，流量只被發送給Spine2，因為Peerlink鏈路上由于源剪枝不會往回發送多播流量;

4 Spine1、Spine2各自根據（VTEP2，Group）將流量發送給Leaf1、LeafX;

5 Leaf1、LeafX剝掉vxlan封裝后將流量發送VM1、VM5;

四、結束語

數據中心網絡分為Underlay和Overlay兩個部分，是數據中心虛擬化大背景下的產物，Overlay和Underlay網絡相互獨立，又密不可分。Overlay網絡使用Underlay網絡點對點傳遞報文，而報文如何傳遞完全取決于Underlay網絡的控制平面和數據平面，Overlay網絡的封裝協議決定報文網絡出入節點的處理。Overlay核心是隧道技術，VXLAN，NVGRE及STT是典型的三種隧道技術，我們在對物理網絡不做任何改造的情況下，通過隧道技術在現有的物理網絡上創建一個或多個邏輯網絡即虛擬網絡，有效解決了物理數據中心，尤其是云數據中心的許多問題，實現數據中心的智能化和自動化。

參考文獻：

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