算力网络应用中的广域局域网技术探讨

作者：晁军显 单位：中国移动智慧家庭运营中心

算力网络可看作是云计算和网络深度融合的高阶2.0版本，旨在打造“一点接入、即取即用”算力服务，让算力如水、电、暖、燃气一样流入千家万户，成为人们日常生活的第五种必备生产资料。算力网络建设及发展依赖众多核心关键技术，往期文章《面向算力网络的宽带基础设施演进》、《浅谈算网融合路由调度技术》分别从网络基础设施、算网路由调度两个维度谈了对算力网络的一些技术层面思考。本文结合智家中心在家庭算网技术及产品应用中的探索研究，谈谈大二层网络技术。

(资料图片)

大二层适用场景

在算力网络时代，以虚拟化云服务的方式提供算力是一种最常用的算力提供方式，算网深度融合，要实现云算力资源更加灵活、动态、智能调度，伴生算力的动态迁移要求。算力动态迁移可以提升资源利用率，降低IT成本，改善系统的可管理性和可靠性等。

简述场景，算力节点在边缘云资源池1内，处于同一二层域内，可以随意迁移拷贝使用，无需任何配置修改；当将算力节点从边缘云资源池1迁移至边缘云资源池2时，需要重新配置变更节点的IP及MAC地址。

图1 算力可迁移域示例

算力迁移要求迁移前后的服务的IP和MAC地址不变，这就需要算力迁移前后的网络处于同一个二层域内部。大二层网络基于传统三层网络之上，逻辑上构建一个跨广域的二层网络。示意如下：

图2 算力大二层迁移示例

传统数据中心的三层网络架构设计是为了解决C/S模式下应用程序南北向大流量，同时网络管理员能够对流量进行管理。算网融合，尤其算力虚拟化技术从根本上改变了数据中心网络架构需求，算力动态迁移要求网络支持广域范围之上的二层域，进而改变了数据中心三层网络的架构模式。

大二层技术和业务无关，它在数据中心底层能力上，要具备该属性。

随着算网融合技术发展，算力节点迁移的范围越来越大，甚至是跨越不同地域、不同机房之间的迁移，直至发展成大二层组网这一课题。

常见大二层技术

最初的大二层技术多用于公司总部与分支互联场景，员工异地跨分支互访如同局域网互访。VPLS、EVPN是传统网络及现代数据中心普遍采用的两种技术，这里简单介绍。

2.1 VPLS

传统网络技术解决数据中心互联，通常采用VPLS（Virtual Private LAN Service）技术。VPLS基于伪线PW（Pseudo Wire）技术，将两端PE之间实现互联，将广域网作为透明传输，实现L2VPN，在MPLS网络中为VPN建立了类似于传统以太网的广播式传输环境，使VPN用户得到更接近传统以太网的使用感受。

VPLS技术主要局限性在于站点间必须是MPLS网络。配置较为复杂，维护工作量较大。如下图3示例呈现了VPLS组网的配置特点及过程，企业总部与分支机构，位于不同的地域，企业内网设备互联，比如打印设备共享等，需要总部与分支之间的二层互联，为了实现不同业务隔离，如一个内网用于部门1，另一内网用于部门2，规划两个VLAN。采用VPLS技术，需要进行如下思路配置：

骨干网PE、P节点部署MPLS服务，使能LSP公网隧道；

PE间两两建立LDP PW，实现PW全互联;

PE节点下联CE端口上配置服务实例及相应匹配规则，用于识别网络中要使用VPLS隧道进行传输的报文；

实现站点间的VLAN隔离需求，创建两个VSI实例分别于VLAN 100和VLAN 200的报文绑定。

图3 VPLS组网示意

当新增分支机构，或者随着业务发展需要新规划VLAN 300局域网时，需要在所有PE节点进行全量配置，难适应现代数据中心互联的高扩展性、高带宽利用率、简化运维要求。

2.2 EVPN

现代数据中心建设在以下方面提出了更高要求：

1）可扩展性：能支持数百个以上站点互联、上万个VLAN扩展、上百万MAC地址，以满足超大规模数据中心和海量虚拟机迁移的需要。

2）高带宽利用率：数据中心互联设备的冗余部署会导致数据中心间存在多条路径，需要将流量均衡地分布在所有可用链路上以提高带宽利用率，节省带宽租用成本。

3）运维简化：互联方案需要实现Single-Sided部署，即新增或删除站点时已有站点的配置不受影响，降低运维管理难度。

为满足上述数据中心互联更高的网络要求，EVPN技术应运而生。

EVPN（Ethernet Virtual Private Network）是在现有的BGP VPLS基础上，参考BGP MPLS L3 VPN的架构提出的解决方案。在EVPN架构中，PE之间的MAC/IP地址学习是基于控制平面的，采用MP-BGP协议通告MAC/IP的可达性。这种机制能够对MAC/IP的学习过程提供更强的控制能力，因此具有较好的扩展性，并能维护虚拟机群彼此间的隔离性，解决了网络多归属接入时负载分担问题，改善了网络出现故障时收敛时间。EVPN定义了一套通用的控制层面，随着EVPN技术的发展，EVPN也被用来传递IP路由信息、作为VXLAN等Overlay网络技术的控制层、作为数据中心互联的控制层等作用。

为了支持EVPN，BGP EVPN地址族新增了5种EVPN NLRI（Network Layer Reachability Information，网络层可达性信息），即EVPN路由。详细了解可以参阅相关RFC文档。

图4 基于VXLAN的EVPN组网示意

算网新要求

“瘦”终端 +“胖”云服务是算网时代一种典型业务模式。一方面终端设备瘦身，业务上云，成本降低，仅为一个算力获取设备，类似水电暖燃气入户阀门；另一方面，催生边缘云、大区域云、中心云资源池建设，依托云算力为用户提供无限算力。边边协同、边云协同、云云协同、算网协同将成为算力网络技术的重中之重。

图5 “瘦”终端 +“胖“云服务架构示意

上图提供了一种行业通用的“瘦”终端 +“胖”云服务架构模式，不难发现大二层技术出现在多个层面，接入网侧用户家庭局域网可通过大二层在云上再现，同时用户间互联仍可以大二层互联，联动获取无限云算力。

随着SR技术的飞速发展及快速落地，提供了灵活、智能化可编程能力，为算网深度协同提供了技术支撑，尤其是SRv6的应用。下图展示了BBF勾勒的未来算网融合的一种参考架构：

图6 边缘云网融合示意（摘自TR-466）

尽管EVPN继承了MP-BGP和VXLAN技术优势，为数据中心发展带来了很多惊喜，具有配置简化、转控分离、多归属接入、对称IRB等优点，已经成为新一代数据中心网络建设的必选，已成为应用广泛的大二层技术，但它增加了5类控制信令，控制面复杂性大幅增加，数据面MAC学习依赖控制面，学习及时性依赖控制面收敛速度，仍有较大改进空间。

在算网深度融合背景下，SR/SRv6技术为网络技术注入了新的活力，相信在SR/SRv6技术加持下，必将诞生更为简化的大二层网络技术。

参考文献

[1] TR-466：Metro Compute Networking: Use Cases and Requirements

[2] RFC4761: Virtual Private LAN Service (VPLS) Using BGP for Auto-Discovery and Signaling

[3] RFC4761: Virtual Private LAN Service (VPLS) Using Label Distribution Protocol (LDP) Signaling

[4] RFC7209: Requirements for Ethernet VPN (EVPN)

[5] RFC7432: BGP MPLS-Based Ethernet VPN