在這個爭奪話語權的過程中，不計其數(shù)的技術名詞被制造出來，成百上千的白皮書被PO到網(wǎng)上，如果我們連這些名詞的真正含義都不清楚，別說趕英超美，可能被人家忽悠完了都渾然不知，因為至少在目前，信息技術的領軍人物還在大洋彼岸，而且這個趨勢還將持續(xù)很長一段時間。

這也是我寫《撥云見日》的本意，就是要撥開表面的浮云，真正探究新技術的本質(zhì)。在有限的篇幅里，我會以我的理解，盡力說明市場名詞背后的技術實現(xiàn)，并摸清新技術產(chǎn)生的商業(yè)動機和相應的發(fā)展脈絡。

今天我們來看看FabricPath是個啥。

關鍵詞：FabricPath

廠商：Cisco

領域：數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡

模糊程度：四星

一、為什么需要FabricPath

緣起

眾所周知，Cisco正憑借Nexus產(chǎn)品平定整個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡市場，2010年，Cisco打出了深藏已久的最后一張王牌—FabricPath，至此，Nexus交換機的主要特性已全部面向公眾發(fā)布，F(xiàn)abricPath為整個計劃添上了最后一塊基石，進一步穩(wěn)固了Nexus作為下一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡平臺的地位。

大部分人（包括我）第一次閱讀FabricPath華麗的白皮書后，只朦朧地知道這是一個“能在大型二層數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡實現(xiàn)多路徑的東東”，既然FabricPath解決的是數(shù)據(jù)中心的問題，我們首先需要弄清楚數(shù)據(jù)中心到底有什么問題。

今天的大部分數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡是遵循標準的層次化理念建設的，分為接入層和匯聚/核心層，接入層和匯聚層之間為二層鏈路，三層網(wǎng)關設在匯聚或核心，所有的二層鏈路上都運行生成樹協(xié)議（STP），當任意兩點間有一條以上路徑可達時，STP會block多余的路徑，以保證兩點間只有一條路徑可達，從而防止環(huán)路的產(chǎn)生。這種模式在過去很長一段時間被大規(guī)模采用，因為其部署起來非常簡單，接入層設備不需要復雜的配置，大部分的網(wǎng)絡策略只要在匯聚層集中部署就能分發(fā)到全網(wǎng)。但隨著數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴張，這種模型逐漸顯得力不從心。

未來數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的橫向流量將越來越大，新加入的設備同原有設備之間仍然要運行STP，如果兩臺服務器之間只有一條鏈路可行，其余的萬兆交換機端口全被block，不但是投資的極大浪費，也無法支持業(yè)務的快速擴展;其次，當交叉鏈路數(shù)量增加時，二層網(wǎng)絡的設計會變得非常復雜，哪條鏈路該保留哪條鏈路該阻斷？三層網(wǎng)關設在何處？類似這樣的問題會冒出一大堆，這就失去二層網(wǎng)絡配置簡單的優(yōu)勢;最后，傳統(tǒng)的二層MAC地址沒有層次化的概念，同一個二層網(wǎng)絡內(nèi)的接入交換機上存儲本網(wǎng)段所有設備的MAC地址，這很容易導致邊緣設備的MAC地址空間耗盡，特別是在虛擬化的數(shù)據(jù)中心內(nèi)，虛擬機的MAC地址數(shù)量可能以千計。

如果二層互聯(lián)不能解決問題，另一種思路是在匯聚交換機和接入交換機上設置IP網(wǎng)關，通過三層路由將所有交換機連接起來，類似的解決方案還包括將網(wǎng)關設置在核心設備上，通過核心設備集中互聯(lián)。這個做法以前也許勉強可行，但在虛擬化環(huán)境中，二層網(wǎng)絡是虛擬機遷移的基礎。虛擬化的最大特點是可以將業(yè)務動態(tài)部署到數(shù)據(jù)中心的任何計算資源上，如果這些計算資源（也就是服務器）被過多的三層網(wǎng)關隔離開來，也就失去了虛擬化的優(yōu)勢。

同時，采用三層接入設備會產(chǎn)生大量的三層網(wǎng)關以及無數(shù)個讓網(wǎng)管人員抓狂的地址段。動態(tài)路由協(xié)議的行為往往難以預測，在重要數(shù)據(jù)中心，為了保證網(wǎng)絡行為的可控性，每臺交換機的路由策略都要經(jīng)過仔細琢磨，這個工作量過于龐大;而如果采用靜態(tài)路由，一旦后期需要改動某個地址段的范圍，可能需要改寫一大段接入換機的路由表，更不用提相關訪問控制策略的變動。

至此，我們走進了死胡同，虛擬化的應用要求基礎網(wǎng)絡在擴展時保持一個完整的二層環(huán)境，而隨之而來的STP和地址空間問題又成為繞不開的坎，在接受二層環(huán)境的同時，我們基本上也就同一大堆時髦的字眼say byebye了，這些字眼包括但不僅限于“動態(tài)擴展”、“多路徑”、“快速收斂”、“層次化尋址”等等，仰望IP路由，二層網(wǎng)絡就好象一個生活在原始社會的苦行僧，忍受著種種的考驗，傳統(tǒng)網(wǎng)絡在支持虛擬化數(shù)據(jù)中心擴張時已經(jīng)越來越吃力。

為了改變這種尷尬的局面，在燒掉大把銀子之后，Cisco的FabricPath終于閃亮登場了!

目標

 

簡單說，F(xiàn)abricPath是Cisco Nexus交換機上的一項技術特性，其目標是在保證二層環(huán)境的前提下，修復前文所說的缺陷，這個技術需要做到以下幾點：

實現(xiàn)兩點間多條路徑同時轉(zhuǎn)發(fā)流量EMCP（Equal Cost Multi Pathing）;

類似IP網(wǎng)絡的平滑擴展;

快速收斂;

防止廣播風暴;

保持原有二層網(wǎng)絡配置的簡潔性

更準確地說，我們要擺脫傳統(tǒng)二層“交換”的弊端，在二層環(huán)境中實現(xiàn)類似三層IP的“路由”行為。

二、FabricPath：從“交換”到“路由”

L2不給力的原因

我們知道FabricPath的目標是為傳統(tǒng)二層環(huán)境設計一個增強型方案，以屏蔽原來的缺陷，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)幀的“路由”轉(zhuǎn)發(fā)。要明白FabricPath是怎么做到這點的，首先要看看layer 2這些不給力的毛病到底是怎么出來的？

傳統(tǒng)二層以太網(wǎng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)是非常簡單的，一臺二層交換機一輩子干的活可以用以下幾句話概括：

1）收到數(shù)據(jù)幀–>2）查看目的地址–>3）查看MAC地址表–>4）將數(shù)據(jù)幀從對應端口送出去

偶爾，當這個流程進行到第三步時，交換機會發(fā)現(xiàn)目的地址不在自己的MAC地址表中，它會怎么做呢？這臺茫然的交換機就會將這個數(shù)據(jù)幀從所有的端口廣播出去!沒錯，是整個幀從所有端口發(fā)送出去，希望其他交換機能知道正確目的地。且不說，這個方式在今天看來是多沒有效率，當設備之間存在環(huán)路時，這種幀會被無盡地轉(zhuǎn)發(fā)下去，最終形成廣播風暴。

為了解決這個問題，交換機廠商引入了STP。STP的機制也極其簡單，就是通過阻斷二層端口來防止環(huán)路，并阻止數(shù)據(jù)幀從其接收到的端口再轉(zhuǎn)發(fā)出去。

廣播幀在任意節(jié)點只會被轉(zhuǎn)發(fā)一次，避免了被永遠轉(zhuǎn)發(fā)下去。但如前所述，運行STP的代價是非常昂貴的，接入設備只有一條上聯(lián)鏈路沒被block，而且，在復雜的網(wǎng)絡連接中，控制STP的行為變得很困難，一旦出現(xiàn)震蕩，其收斂效率也非常低下。

另一方面，二層交換機通過學習接收到的數(shù)據(jù)幀的源地址建立MAC地址表，所有接收到的數(shù)據(jù)幀源地址都會被放進MAC地址表中，導致一臺交換機可能學習到整個網(wǎng)段內(nèi)的所有二層地址，就算它大部分時間只跟其中的一小部分有聯(lián)系。

由此可見，今天的二層網(wǎng)絡過于簡單，交換機只會學習網(wǎng)絡地址，不會基于學到的地址規(guī)劃出一套轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的最優(yōu)方案，它的問題類似于只有一個數(shù)據(jù)平面，沒有控制平面的概念，這就導致二層交換機不可能有效地進行“路由”，從而引入了STP等一系列問題。

FabricPath的實現(xiàn)：新的控制平面

既然二層網(wǎng)絡的問題是控制平面的缺失，F(xiàn)abricPath的思路就清晰了，那就是重塑一個控制平面。

為了能夠高效地支持數(shù)據(jù)中心擴展，這個新的控制平面需要具備幾個基本功能，包括：主動建立鄰居關系，并基于鏈路狀態(tài)維護一個路由數(shù)據(jù)庫，支持等價路由

支持靈活的尋址方式，保留原有二層網(wǎng)絡配置簡單的風格。

為了構建這樣一個控制平面，F(xiàn)abricPath主要做了以下兩件事：

1）新增一個二層幀頭

2）增加一套簡化的IS-IS路由協(xié)議

這個新的幀頭添加在原有數(shù)據(jù)幀之外，包含了豐富的信息，其中最重要的三個字段是源地址、目的地址和TTL。

源地址和目的地址來自FabricPath新定義的一個名為switch ID的全新地址空間，任何一個新加入FabricPath網(wǎng)絡的設備都會被分配一個1~4094之間的整數(shù)，作為唯一的switch ID，用于標識一臺交換機的身份，也是節(jié)點之間進行路由尋址的依據(jù)。

TTL（Time To Live）字段定義了一個數(shù)據(jù)幀的最長生存周期。當生成一個數(shù)據(jù)幀時，其TTL字段被寫入一個整數(shù)，每當其經(jīng)過一臺交換設備TTL就減一，直到TTL為零時，這個幀將被丟棄。TTL的概念是TCP/IP的基礎之一，在FabricPath中，TTL承擔了同樣的任務，保證數(shù)據(jù)幀不會在成環(huán)的鏈路中被無限次轉(zhuǎn)發(fā)，從而使得二層環(huán)境不再需要運行STP協(xié)議，不再有鏈路被Block，這是實現(xiàn)兩點之間多路徑轉(zhuǎn)發(fā)的基礎。

相較幀結構的變化，F(xiàn)abricPath更重要的改進在于引入IS-IS這樣一套完整的路由協(xié)議。IS-IS是一個廣泛運行于運營商等大型網(wǎng)絡的路由協(xié)議，同OSPF類似，IS-IS也是一個鏈路狀態(tài)協(xié)議，會維護一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，相比MAC尋址這樣的距離矢量行為，運行鏈路狀態(tài)協(xié)議的設備能夠在內(nèi)存中建立一張包含全網(wǎng)設備的拓撲，并且在這個拓撲的基礎上挑選當前鏈路狀態(tài)下的最短路徑來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。IS-IS的效率很高，且IS-IS區(qū)域能平滑地平移、分割、合并，但相較OSPF最大的不同在于，IS-IS可以封裝在鏈路層報文中支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議，而OSPF只能封裝在IP包中支持IP協(xié)議，這就使得IS-IS能夠很容易被移植到FabricPath中，為二層數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)提供路由服務。

FabricPath中實際運行的是一個簡化版本的IS-IS協(xié)議，不再依賴MAC地址進行尋址，依靠交換機的switch ID工作，在節(jié)點之間交換IS-IS信令構建路由表，IS-IS協(xié)議會事先計算出最優(yōu)路徑作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)。有了IS-IS的助陣，F(xiàn)abricPath能夠輕松地實現(xiàn)兩點之間的ECMP、網(wǎng)絡拓撲的快速收斂、以及快速的錯誤診斷等高級路由功能。

新的地址空間加上IS-IS協(xié)議，F(xiàn)abricPath基本建立起一個控制平面雛形，數(shù)據(jù)平面和控制平面各司其職。如果你是個較真的同學，你的第一個問題該出現(xiàn)了，為什么不延用原有的MAC地址，而要興師動眾地加入一套新地址呢？問得好!

FabricPath中的IS-IS協(xié)議會建立一套邏輯樹結構，這個結構說明了任意兩點間的最優(yōu)路徑，是交換機轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的依據(jù)。路由協(xié)議在計算邏輯樹的過程中往往會用到設備的標識號，由于MAC地址在設備出廠時就固定了，不同設備之間的地址沒有任何規(guī)律，如果使用MAC地址作為唯一標識，生成的將是一個隨機結構，這有可能導致最終的轉(zhuǎn)發(fā)路徑不是當前的最優(yōu)路徑。由于路由協(xié)議的算法是寫死的，要避免這種情況只能人工調(diào)整各個節(jié)點的標識大小，這種情況同部署STP時調(diào)整交換機的優(yōu)先級，以保證最優(yōu)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑是一個道理。然而，F(xiàn)abricPath設計的初衷就是保留二層配置簡潔的優(yōu)勢，如果將STP的老毛病一并帶過來，無疑大大削弱了對客戶的吸引力，不利于現(xiàn)有網(wǎng)絡向FabricPath的遷移。

既然是從頭設計一套全新的機制，不如追求一把極致，將所有復雜的工作都隱藏到幕后，只呈現(xiàn)給用戶最簡潔的一面，這就是FabricPath費盡苦心設計一套地址空間的出發(fā)點。

FabricPath的工作模式

 

上圖中，數(shù)據(jù)幀在進入FabricPath網(wǎng)絡時，會被打上新幀頭，在FabricPath網(wǎng)絡內(nèi)根據(jù)幀頭里的switch ID進行轉(zhuǎn)發(fā)，離開Fabric Path網(wǎng)絡時，脫去幀頭，進入傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換環(huán)境。要加入FabricPath網(wǎng)絡，只需在交換機對應端口上啟用FabricPath模式即可，所有的地址分配和路由策略都自動生成，無需繁瑣的配置。

上圖是一個典型的FabricPath組網(wǎng)，匯聚設備同接入設備之間為FabricPath網(wǎng)絡，F(xiàn)abricPath網(wǎng)絡內(nèi)沒有運行STP，多條鏈路都能夠轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，目前版本的FabricPath支持16條等價路由，也就是說在使用萬兆鏈路的情況下，任意兩點間的帶寬可到2.56Tbps（16條等價鏈路結合，每條等價鏈路為16個萬兆portchannel）。

接入設備作為網(wǎng)關連接了傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡同F(xiàn)abricPath網(wǎng)絡，F(xiàn)abricPath網(wǎng)關上可以進行“基于會話的MAC地址學習”，只有那些目的地址為本地設備的數(shù)據(jù)幀的源地址會被放入網(wǎng)關的MAC地址表，其他數(shù)據(jù)幀的源地址以及廣播幀的源地址都不會被學習，這就保證了邊緣網(wǎng)關設備的MAC地址表里只保存與本地有會話關系的MAC地址，這個舉措能夠大大縮小虛擬化數(shù)據(jù)中心內(nèi)接入設備的MAC地址表體積。

基于IS-IS的特性，F(xiàn)abricPath網(wǎng)絡設備的switch ID可以動態(tài)修改，而不影響流量轉(zhuǎn)發(fā)，當數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷擴張時，可以利用FabricPath平滑地擴展其匯聚層，并在接入設備間實現(xiàn)高達16條二層多路徑（ECMP）。

第二個問題

OK，這一切都看上去很美，但你有沒有覺得哪里不對勁？這就是我對FabricPath的第二個問題，以上說的所有這些東西，新增幀頭啦、新的選路機制啦，和VPN不是差不多嗎？在今天這個技術過剩的時代，難道找不出一個能解決這些問題的現(xiàn)有技術，非要重新折騰出一套新玩意嗎？

現(xiàn)有VPN技術種類繁多，但大多數(shù)都使用IP包承載，協(xié)議開銷較大，這與二層具備的快速轉(zhuǎn)發(fā)特性是背道而馳的，僅此一項就將IPSec等三層VPN技術屏蔽在可選項之外。剩下的二層VPN中最常見的是類似MPLS＋VPLS的實現(xiàn)方式，MPLS是一個2.5層技術，專門用于大量數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，但問題是，MPLS的控制平面仍然需要IP報文進行路由，每個節(jié)點仍需要進行IP配置，而部署一個MPLS＋VPLS網(wǎng)絡你覺得容易嗎？反正我看著都覺得頭大，如果一種局域網(wǎng)技術需要網(wǎng)管人員先學習一遍MPLS，我覺得這種技術基本也沒啥戲可演了。

標準化

FabricPath是Cisco近期在數(shù)據(jù)中心領域最重要的一個發(fā)布，同時也預示著基礎網(wǎng)絡向下一代模型轉(zhuǎn)型的開始。數(shù)據(jù)中心內(nèi)不斷增長的橫向流量推動了二層多路徑技術的迅速發(fā)展，F(xiàn)abricPath是這股潮流的重要組成部分，但Cisco不是唯一的聲音。

目前致力于實現(xiàn)二層多路徑的標準化組織主要有IETF和IEEE，兩家的標準分別為TRILL和802.1aq，都采用IS-IS作為路由協(xié)議，實現(xiàn)方式大同小異。目前，TRILL和802.1aq都已接近完成，預計2011年底就能夠正式標準化。

Cisco在TRILL的制定過程中參與極深，雖然FabricPath是Cisco的私有解決方案，但可以看作一個“增強版的TRILL”，是TRILL的基本功能加上“基于會話的MAC地址學習”、“Vpc＋”和“多重拓撲”等高級功能的合集。

Cisco已經(jīng)發(fā)布了支持FabricPath的Nexus 7000板卡，并且承諾現(xiàn)有架構與TRILL標準兼容，當TRILL正式標準化之后，只需要升級現(xiàn)有設備的軟件，就能夠與標準的TRILL交換機互聯(lián)互通。

三、結語

隨著數(shù)據(jù)中心內(nèi)虛擬化應用的不斷擴張，底層的數(shù)據(jù)行為也在悄然發(fā)生改變，帶動了基礎架構的演進。未來的數(shù)據(jù)中心不僅需要大容量、高密度的網(wǎng)絡設備，還要能夠順應這種數(shù)據(jù)行為的變化，并反過來提供經(jīng)過優(yōu)化的網(wǎng)絡平臺，這種從量到質(zhì)的變化將深刻影響數(shù)據(jù)中心技術的發(fā)展。

FabricPath是Cisco在這個方向的重要布局之一，結合之前發(fā)布的FCoE、OTV、VN-LINK等技術，一個新一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡平臺已經(jīng)隱約可見，Cisco只待市場大轉(zhuǎn)型的到來，再次一舉確立在網(wǎng)絡行業(yè)的領導地位。

了解FabricPath有助于我們認識數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的演進方向，把握整個行業(yè)的脈搏，從而形成自己的思考，得出自己的結論。

五分鐘Q&A

1）什么是FabricPath？

FabricPath是思科Nexus交換機上的一項特性，能夠?qū)崿F(xiàn)二層多路徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。FabricPath能夠在二層環(huán)境實現(xiàn)類似三層的路由功能，幫助虛擬化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡實現(xiàn)平滑擴展。

2）FabricPath有哪些好處？

FabricPath網(wǎng)絡不再需要運行生成樹協(xié)議（STP），沒有鏈路被阻斷，大大增加了網(wǎng)絡傳輸帶寬，很好地支持了服務器之間迅猛增加的橫向流量。同時，F(xiàn)abricPath能夠?qū)崿F(xiàn)類似三層的路由功能，支持二層網(wǎng)絡的平滑擴展。

3）FabricPath與現(xiàn)有二層交換沖突嗎？

FabricPath的前提是不破壞現(xiàn)有的二層交換行為，F(xiàn)abricPath網(wǎng)絡對已部署的接入設備來說是一個透明連接。

4）如何部署FabricPath？

在支持FabricPath的設備上將端口配置為FabricPath模式，系統(tǒng)會自動完成地址分配、路由建立等行為，無需手動干預。

5）什么是TRILL？

為了實現(xiàn)二層多路徑功能，IETF在RFC5556中定義了一套方法，命名為Transparent Interconnection of Lots of Links，又名TRILL。

6）FabricPath是私有協(xié)議嗎？

FabricPath是Cisco的市場詞匯，用來表示思科的二層多路徑技術，所以，F(xiàn)abricPath不是一項私有協(xié)議，但它是思科的私有技術實現(xiàn)。

7）FabricPath同TRILL的關系？

Cisco在TRILL標準制定過程中參與極深，并且積極推動TRILL的最終成型。FabricPath是TRILL正式標準化之前，Cisco推向市場的“Pre-Standard”技術，基本內(nèi)容與TRILL相同， 增加了“基于會話的MAC地址學習”、“Vpc＋”和“多重拓撲”等高級功能。FabricPath架構與TRILL完全兼容，Cisco承諾FabricPath平臺將全面支持TRILL協(xié)議，TRILL正式標準化之后，通過軟件升級，現(xiàn)有FabricPath設備能夠與標準的TRILL交換機互聯(lián)互通。

8）什么設備能夠支持FabricPath？

2010年Cisco在Nexus 7000交換機上發(fā)布了一塊支持FabricPath的32口萬兆光纖板卡，以及相應的軟件。未來，F(xiàn)abricPath技術會擴展到更多的Nexus 7000和Nexus 5000交換機上。

9）市場上還有那些類似FabricPath的解決方案？

目前沒有完全相同的產(chǎn)品，Juniper的QFabric在二層擴展方面與FabricPath類似，但QFabric是一個私有架構，目前也沒有開放的時間表。