论文笔记：《PortLand A Scalable Fault-Tolerant Layer 2 Data 完整版.doc

《PortLand: A Scalable Fault-Tolerant Layer 2 Data Center Network Fabric》 摘要： 本文考虑了可扩展、易管理、容错并且高效的数据中心网络架构的需求。趋于多核心处理器、终端主 机虚拟化，可扩展的趋势满足指向了未来单站点与成百万的虚拟终端结点的数据中心。存在于2层与3层 网络协议面临着一些组合的限制，如缺少可扩展性，管理困难，通讯不灵活，或缺少了虚拟主机迁移的支 持。在某些程度上，当试图去支持任意拓扑时这些限制可能源于以太网 IP 风格协议。我们观察到数据中 心网络常常管理为，用已知的基准拓扑和增长模型的单逻辑站点架构。根据此观察，我们设计并实现 Portland,这种数据中心环境中可扩展容错的2层路由与转发协议。通过我们的实现和评估，显示Portland 具有支持“即插即用”大规模数据中心网络的有力。 简介： 本文中，作者提出了 Portland,一种以太网兼容的路由、转发和地址解析协议，以满足可扩展、易管 理、容错并且高效的数据中心网络架构的需求。利用多根树和物理上的冗余互联， Portland 采用了一种轻 量级的协议使得交换机能够发现它们在拓扑中自己的位置。进一步的是，Portland为所有的终端主机分配 了内部虚MAC(Pseudo MAC:PMAC)地址来编码它们在拓扑中的位置。 PMAC 地址使得交换机工作是高效的， 并不存在转发环路。 研究内容和研究方法评论： 对于迁移应用、计算和存储到散布于整个 Internet 数据中心中，这具有上升的趋势。这种规模扩大 的也带来运行在成千上万服务器上万兆级的数据中心已可以承载这些应用。 在未来， 一大部分的 Internet 通讯主要发生在数据中心网络内。它们是高度工程化，具有大量共同 的设计元素。并且，运行于数据中心网络的路由、转发和管理协议是为局域网设计的，随着规模的增加这 也被证明是不充分的。 考虑对未来需求的一些推测： R1: 任意的虚拟机可以迁移到任意的物理主机，迁移的虚拟机不必修改他们的 IP 地址，不然就可能 切断已存在的TCP 链接和应用级的状态 R2: 在部署前，管理员不必去配置任何的交换机。 R3: 在数据中心的任意终端主机必须能够与其他终端主机，可沿任意可用的物理路径进行有效的通 讯。 R4: 不应该存在转发循环。 R5: 在这种规模下错误将非常普遍，所以错误探测应该迅速而有效。存在的单播与组播会话被底层无 力连接允许的范围内不应该受影响。 根据以上需求同现行的网络协议进行映射。即有，整个数据中心的R1、R2 必须支持 layer2 结构，3 层需要配置每个交换机的子网信息和同步基于主机子网分配 IP 地址的 DHCP 服务。透明的VM 迁移也不可 能在3层。 Layer2 的 R3 需要MAC 地址转发表，此转发表需要成百上千甚至上百万3的转发条目，不可能 在现在的硬件条件下实现。 R4 不同于layer2和 layer3, 因为转发循环尽可能在在路由时收敛。 R5 需要高 效的路由协议，可以迅速传播拓扑改变到所有的节点。存在的2层和3层路由协议，如 ISIS 和 OSPF, 都 是基于广播的，每一个交换机的更新消息会发送到所有的交换机，在效率方面，要用以上协议进行广播， 我们将很可能需要配置路由区域，与R2 冲突。 因此，这种统一的、的大型网络架构假设是不可能实现的。利用以太兼容的协议， SEATTLE 在即插即 用方面做出了巨大的进步。然而SEATTLE 也存在缺点，其交换状态的状态随着主机的增长而增长，转发成 环现象仍存在，并且路由仍需要全体到全体的广播，这些都违反了上面提到的R3,R4,R5。 作者已完全实现Portland, 提供了本地容错来支持ARP, 网络层多播及广播，对交换机的软硬件需求 很低，作者希望 Portland 使得数据中心迁移更加灵活、高效和容错，应用程序可以灵活的映射到不同的 主机上，使得DCN 网络被认为是一个整体架构。 2.Background 2.1 Data Center Network (数据中心网络) 介绍了拓扑形态和转发机制以及终端主机虚拟化。 2.2 Fat Tree Network (胖树网络) 作者采用Fat Tree Network 拓扑来设计二层可扩展，可容错的数据中心网络。其实它就是传统数据 中心的多根树拓扑的一种实例。胖树拓扑分为三层：边界层，汇聚层与核心层。 Fat Tree 整体上分成K 个 独立的Pods, 每一个 pod 可在k2/4 台主机中进行无阻塞的操作。无阻塞的操作需要仔细计划数据包可行 的路径，这是个挑战性的问题。在给定的源与目标之间，我们假设在k2/4 可用的路径中使用ECMP 式的哈 希