校园网IP虚拟化设计方案与系统性能分析

游柏荣

摘要：针对目前校园网IP存在的问题，文章提出了校园网IP虚拟化设计方案，设计研究了IRF技术方案，最后对其包含MAC地址容量、端口突发缓存容量及转发能力、N：1虚拟化等系统性能进行了测试分析。结果表明IRF能够满足各项要求，同时保持较好的系统性能，能够很好地实现校园网IP虚拟化。这为之后的校园网IP虚拟化技术的应用奠定了科学理论基础。

关键词：校园网IP；虚拟化技术；IRF技术

随着“数字化校园”网络的建立和应用，计算机、移动接入端的不断增加，涉及教学、科研、服务各个方面，校园网规模的不断扩大对信息化的依赖也逐步增加，网络结构依附校园信息化的快速发展也逐渐复杂化。学校数据中心的规模也随着数据大集中持续发展而逐步扩大，对二层网络的区域范围要求逐步扩大。校园网IP随着信息化数字化的迅速发展逐步暴露出流量倍增、IPv4地址枯竭及缺乏安全等问题，另外还拥有系统性能差及缺乏足够端口等缺点+2]，因此亟待运用新方法处理其各种难题。虚拟交换机技术拥有相当可观的转发能力及端口容量，同时还拥有相对较高的可靠性，将其运用到IP校园网，能够在很大程度上处理其面临的各种难题[3_4]。因此本文研究了IP城域网虚拟化设计方案及其系统性能。

1 理论依据

智能弹性架构（IntelligentResilientFramework，IRF）是H3C公司融合高端交换机的技术，在中低端交换机上推出的创新性建设网络核心的新技术。IRF是一种网络架构虚拟化技术，可以将多台物理设备（一般指交换机）互连形成一个联合矩阵。无论在管理还是在应用层面上，将被视为一个整体。它不但可以解决两台或多台设备上端口管理、编号的问题，简化业务和管理工作，还可以解决物理设备上的文件同步、传统二层冗余技术与路由技术协同的问题。其具备高可靠性、高扩展性、易用性、可管理性，实用性等特点。

2 虚拟化设计方案

在数据量的持续升高的状况下，引入功能强大的IRF虚拟技术[5]，能够直接应用在某特定场景，其拓扑架构如图1所示。

IRF堆叠把若干盒式设备经过堆叠口完成连接构成一台虚拟设备，这在很大程度上缩小了管理工作量及维护成本，同时还拥有相对很好的扩展及安全性，其线缆连接顺序如图2所7K。

IRF的连接形式如表1所示。

分别设置设备DEVICEA及B，如表2所示。

通常情況下系统中拥有很多设备，致使IRF会出现系统分裂而导致多台配置一致的设备持续运转，若不解决将导致网络冲突现象出现。虚拟交换机对外运用桥MAC，以至于如果出现分裂将致使其他非Master仪器维持原始桥MAC从新择取举Master以完成MAC学习。IRF运用桥MAC处理形式致使其组网更加简便，其形式包含：（1）MAC依Master去掉后立即改变；（2）保留6mm后改变；（3）始终不变。

IRF堆叠分裂后为防止配置一致的仪器出现网络冲突，其完成多活性检测（Multi-ActiveDectection，MAD）、链路汇聚控制协议（LinkAggregationControlProrocol，LACP）及双向转发检测（BidirectionalForwardingDectection，BFD）[6]等协议以完成监测及冲突处理，其配置如表3所示。

在LACP协议中，IRF经过添加MasterD完成扩展，IRF分裂后，LACP及BFD都能够经过MasterD完成对仪器的处理。如果检测到若干具有配置一致的仪器时，相对小的MasterD将持续运转，而大的MasterD其状态会由Active改变至Recovery即关掉全部非保留物理端口。运用日志完成提示修复发生故障的链路，恢复IRF以确保每个端口重新正常运转。

3 性能测试分析

3.1 基本性能测试

测试MAC地址表最大容量及GE端口突发缓存容量，其单端口MAC地址要不能低于64K及各端口缓存能力大于100ms，其测试结果如图3—4所示。端口转发能力测试完成PairtoPair吞吐量、时延及其抖动，报文长度覆盖及时长分别是64/128/256/512/1024/1518字节及120s，其测试结果如图5所示。

根据图3能够获知，源MAC及目的MAC地址计数均是128000，表明IRF单端口MAC地址容量是128K。

根据图4能够获知，IRF对相异大小的流量缓存容量分别是：64字节：T64=1765549/1488095=1.186s；256字节：T256=1763607/452899=3.894s〇

根据图5能够获知，IRF各种包长度的报文都可完成线速转发，且其时延结果正常。

综上所述，IRF的基本性能参数均能够达到要求。

3.2 虚拟化性能测试

测试N：1虚拟化技术，其拓扑结构如图6所示

DUT-1及DUT-2经过两条链路构建堆叠，将其虚拟为一台仪器，完成两台DUT的端口配置，于测试仪接口及B之间组建100000条流量，同时进行双向线速流量完成其接口接收报文统计。通过插拔虚拟化设备主控板以完成丢包统计及其流量丢包数运算，其测试结果如图7所示。

根据图7能够获知，其能够确保流量无丢失，同时很好地完成流量负载分担。

4 结语

本文设计了IRF技术实现校园网IP虚拟交换机系统方案，对其包含MAC地址容量、端口突发缓存容量及转发能力、N：1虚拟化等系统性能进行了测试分析，其结果表明IRF能够满足各项要求，同时保持较好的系统性能，能够很好地实现P虚拟化。通过智能弹性框架IRF技术，是对传统校园网络架构的一场变革，它比原有堆叠技术能更好地兼容己经非常成熟的网络特性，能够更稳定、快速、高效地解决现今校园网出现的问题。

[参考文献]

1]杨宇.网络虚拟化资源管理及虚拟网络应用研究[D].北京：北京邮电大学，2013.

[2]陈明安.宽带IP城域网网管系统的研究与设计[D].长沙：中南大学，2002.

[3]谢高岗.IP网络性能测量技术研究[D].长沙：湖南大学，2002.

[4]孙江明.宽带IP城域网测试与网络混合流的特性分析[D].北京：中国科学院研究生院（计算技术研究所），2002.

[5]黄石平，谢健，阚宏宇.IRF虚拟化技术在网络中的应用研究[J].实验技术与管理，2014（11）：124-126.

[6]张龙江，翟晓新，王蓓敏丄ACP与BFD技术助力宽带链路检测与保护[J].山东通信技术，2015（1）：18-20.endprint