TRILL(Transparent Interconnection of lots of links，多鏈路透明互聯)是IETF為實現數據中心大二層擴展制定的一個標準，目前已經有一些協議文稿標準化，如RFC6325，6326，6327等等。該協議的核心思想是將成熟的三層路由的控制算法引入到二層交換中，將原先的L2報文加一個新的封裝(隧道封裝)，轉換到新的地址空間上進行轉發。而新的地址有與IP類似的路由屬性，具備大規模組網、最短路徑轉發、等價多路徑、快速收斂、易擴展等諸多優勢，從而規避STP/MSTP等技術的缺陷，實現健壯的大規模二層組網。

一、 TRILL——實現二層多路徑轉發

TRILL標準涉及幾個重要的概念：

Routing Bridge：路由橋，簡稱RBridge或RB，是支持TRILL功能的網絡節點的統稱，類似一個IP Router;

VLAN x Forwarder：VLAN X轉發器，類似于VPN中的PE角色，基于VLAN來選舉。主要功能是對用戶側的報文封裝TRILL頭送入TRILL網絡進行轉發或者將TRILL網絡的報文解封裝還原成用戶側的報文發送給用戶;

Nickname：16bit長，類似于IP地址，是RB節點路由計算的基礎。Nickname從Mac地址演變而來，因為Mac地址有48個bit，如果直接用于編碼開銷太大，而且表示的空間太大，因此從48bit縮減到16bit，64K范圍。每個節點的Nickname各不相同，Nickname可以自動選舉也可以手工配置，每個RB可以有多個Nickname。

“多路徑”概念以往只用于IP轉發。當兩臺路由器間存在多條等價轉發路徑(等價或非等價)，路由器可根據路由協議的計算結果，將IP報文沿最短路徑、并按照路徑度量值，基于流的方式進行分擔轉發，由此可充分利用帶寬資源。如果我們仔細回想一下我們交換機中最常使用的L2轉發表，即MAC表，我們可以看到對于一個單播表項，其出端口只能是唯一的一個物理端口或者聚合端口，并不能同時有多個獨立的物理端口，如果是那樣的話，表項就變成了一個多播表項。也就是說MAC轉發表天生不具備二層多路徑能力。TRILL技術的出現并沒有改變這種狀況，而是通過隧道封裝，將原本的二層MAC轉發轉換成一個類IP的三層路由轉發，即TRILL技術將IP報文轉發思路應用于以太幀轉發，支持TRILL技術的以太網交換機被稱為“RBridge(Routing Bridge)”。

由于RB要對用戶側的報文進行封裝和解封裝操作，我們可以通俗的將負責報文加封裝/拆封裝的端點設備稱為Vlan X Forwarder，類似VPN中的PE。

路由器可通過鏈路狀態路由協議計算相互之間的最短路徑、等價多路徑/ECMP，并在拓撲變化時更新轉發路徑。RBridge間通過類似IS-IS路由協議的鏈路狀態控制協議TRILL IS-IS實現相互間最短路徑和等價多路徑的計算。TRILL IS-IS只計算RBridge間的拓撲，而不關心網絡中兩臺主機間的拓撲(事實上，兩臺RB之間最常使用的拓撲是直連方式)。

為了實現上述的路由控制功能，需要在網絡中為每個RB定義一個全局唯一的標識，由于Router ID已經被IP使用了，且其形式類似IP地址，考慮到TRILL IS-IS還是為L2服務，因此TRILL重新選擇了一種新的ID，名字叫Nickname，用來標識每個RB設備。TRILL IS-IS計算的最后結果就是為了形成到不同Nickname的單播和組播轉發表。

圖1. RBridge對已知單播的轉發

如圖1所示，當單播以太幀通過位于TRILL網絡邊緣的Ingress RBridge進入TRILL網絡時，原始幀頭前被增加一個額外的“TRILL頭”(類似IP報文頭)，其中包含Ingress RBridge Nickname和Egress RBridge Nickname，就像IP頭中的源IP地址和目的IP地址。“TRILL頭”前還要添加“Next-Hop頭”(就像IP報文前的MAC頭或PPP頭)，由此完成TRILL幀封裝。此后，TRILL幀在RBridge間的轉發過程就像IP報文在路由器間的轉發過程。RBridge根據TRILL頭中的Egress Nickname進行逐跳轉發，Next-hop頭在每一跳都要修改，而TRILL頭中只有TTL值發生變化。RBridge間對TRILL幀實現最短路徑轉發和等價路徑分擔，避免了傳統二層網絡由于運行STP造成的鏈路阻塞問題。TRILL幀最終在TRILL網絡邊緣的Egress RBridge被還原成標準以太幀，并被送出TRILL網。

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RBridge只需要知道到達下一跳RBridge的最優路徑即可，無需知道如何到達目的主機。因此，只有Ingress/Egress RBridge需要使能傳統的MAC地址學習(MAC表中區分從本地端口學到的MAC地址，以及從遠端Egress RBridge上學到的MAC地址)，而TRILL網絡上的核心RBridge無需維護與主機相關的MAC表。另外，RBridge之間可以采用傳統以太交換機互聯，并且在BRridge與互聯交換機可運行STP協議，但RBridge會終結STP實例，不會將BPDU通過RBridge擴散。

圖2. RBridge對多目的幀的轉發

如圖2所示，對于多目的以太幀(廣播、組播、未知單播)的處理，要求RBridge通過TRILL IS-IS的計算結果生成出多棵具有不同樹根的分發樹。多目的幀進入TRILL網絡，由Ingress RBridge選擇一顆分發樹用于該幀在TRILL網的轉發，并將樹根RBridge Nickname作為“TRILL頭”中的Egress RBridge Nickname。此后的處理過程與IP組播報文在組播路由器間的轉發類似，每個RBridge只根據樹根RBridge標識的分發樹選擇TRILL的復制和轉發策略。

需要說明一點，由于TRILL技術定義了新的幀格式，所以傳統的以太網交換機不能通過升級軟件支持該特性，只有采用新款ASIC/NP芯片的以太網交換機才能支持TRILL轉發。

二、 TRILL的局限

雖然TRILL具備明顯的特點，但它也存在一些問題待解決。到目前為止，TRILL還在不斷的標準化過程中，依舊有大量的草案在討論中。其協議本身問題主要包括：

不支持大于4K的VLAN擴展能力。對于虛擬化多租戶的云計算數據中心，往往有大于4K的VLAN隔離需求，而TRILL的支持能力依舊限定在4K以內，難以滿足需求;

OAM支持能力弱;

由于TRILL多用于數據中心，RB之間多是直連組網，不跨越傳統Ethernet網絡，對于這種組網，TRILL的外層以太頭封裝顯得多余，可以精簡優化。

只支持Level0，沒有Multi Level的機制;

沒有考慮如何承載FCoE業務。

三、 TRILL的應用

TRILL在國內的應用目前還處于起步階段。部分運營商、金融、大企業以及互聯網公司用戶已經開始在關注或者開始考慮TRILL技術。

TRILL的組網需要考慮下列因素：

收斂比大小

L3網關的部署位置

L3網關的負載分擔方式

設備本身MAC/ARP表項的大小

具體到組網應用，按照部署場景列舉如下幾種組網類型：

1. 組網模型1：現有組網擴建TRILL域

leaf+aggregation+spine三層組網環境，L3網關在aggregation層，集中式L3網關

圖3. 現有組網擴建TRILL域

組網說明(如圖3所示)：

在現有的POD基礎上，橫向擴展新的TRILL POD域，TRILL域的L3網關在aggregation層，向上和核心層通過路由協議對接;

為了解決leaf層的雙活接入的問題，leaf節點支持N:1虛擬化，如H3C的IRF;

兩個aggregation節點也做N:1虛擬化，以便免VRRP配置，實現L3轉發的流量在網關的均勻分擔;

由于現有商用ASIC難以支持在一個Pipeline中同時處理TRILL+L3，那么aggregation節點處如何實現TRILL+L3轉發?

采用板卡代理的方式：將設備上TRILL和L3分開到兩種不同的板卡上，然后在他們之間啟用proxy代理，本質上是將原先一個芯片一個pipeline流程分解到兩塊芯片上分開執行，降低對芯片的要求。典型的如思科N7K上的M1/F1板卡組合;

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采用1:N設備虛擬化方式，將一個設備虛擬成兩個設備，其中一個虛擬設備運行TRILL，一個虛擬設備運行L3。兩個虛擬設備通過外部連線連接，就像完全獨立的兩臺設備之間互聯一樣(如圖4所示)。例如采用H3C的MDC技術，或者思科的VDC技術。

圖4. 通過設備1:N技術實現TRILL+L3

這種組網模型能在現有傳統技術組建的數據中心網絡基礎上平滑擴建TRILL域，實現TRILL域內的VLAN跨機架二層連通。免STP，鏈路全活利用率高，高可靠。但其TRILL域規模有限，VLAN只能在POD內二層連通，無法跨POD;才外，集中的L3網關使得L3轉發性能有限。

2. 組網模型2：新建TRILL核心實現VLAN跨POD聯通

新建TRILL core，和L3 core并列

圖5. 新建TRILL核心實現VLAN跨POD聯通

組網說明(如圖5所示)：

在組網模型1的基礎上，滿足VLAN跨POD更大范圍的二層聯通需求;

為了不影響現有的組網，加入專門的TRILL核心，和現有的L3核心并列;

VLAN分本POD內的本地VLAN，如VLAN10，20，30，40和跨POD VLAN，如VLAN1000;

POD內本地VLAN之間的三層轉發流量，比如VLAN10和VLAN20之間或者VLAN30和VLAN40之間，直接在本地的L3網關上進行轉發(如圖5中流量1所示);

跨POD VLAN的L2互通，通過TRILL進行，繞行TRILL core(如圖5中流量2所示);

跨PODVLAN和本地VLAN之間的L3轉發，需要繞行L3 core進行轉發(如圖5中流量3所示)。

這種組網模型可以在現有組網基礎上平滑演進，實現VLAN跨POD聯通。但跨POD VLAN L3網關目前只能位于某個POD的aggregation節點上，存在性能瓶頸。

3. 組網模型3：新建兩層架構的TRILL網絡

完全新建TRILL，采用leaf+spine兩層結構，網關集中在Spine節點上

圖6. 新建兩層架構的TRILL網絡

組網說明(如圖6所示)：

取消aggregation層，整個網絡精簡為兩層;

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網關在spine節點上，多網關負載分擔，由于網關數量大于2個，此處可采用VRRPE，實現多網關負載分擔和備份功能。圖6中用藍色箭頭示出了不同的host發出的流量采用不同的網關MAC，轉發到不同的網關節點上進行分擔。

這種組網模型的兩層架構更精簡，低時延;VLAN可以在數據中心內任意位置部署;L3網關負載分擔和備份;L2轉發可以做到橫向無收斂，擴展性好。但是集中式網關對于大型組網來如幾千甚至上萬臺虛擬化服務器組網來說，一是ARP表項要求高;其次VRRPE的分擔方式對域同一個host的流量不能分擔。

4. 組網模型4：L3網關在leaf節點使能

圖7. L3網關在leaf節點

組網說明(如圖7所示)：

對于L3轉發要求不高的場合，可以采用在leaf邊緣使能集中的L3網關功能;

Spine節點不再擔當L3網關的功能，只執行TRILL轉發功能，也不學習用戶的MAC;

執行leaf功能的節點可以做N:1虛擬化，實現免VRRP配置和網關雙活轉發。

這種組網模型spine節點處流量實現了均勻的分擔和備份，將leaf節點翻上去，相當于三層設備組部署TRILL(如圖8所示)，核心集中到一臺邏輯設備上。對于spine節點，完全按照TRILL的多路徑進行L3轉發流量的分擔，即使對于同一個host發出的不同的流量，也可以在spine節點之間進行分擔，分擔更均勻。但局限性體現在該組網只適合L3轉發性能要求不高的場合。

圖8. 三層設備部署TRILL網絡

5. 組網模型5：在模型3的基礎上采用分布式L3網關方式

圖9. 分布式L3網關組網

組網說明(如圖9所示)：

leaf節點和core節點同時使能L3網關功能;

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為保證leaf節點VLAN之間的聯通性，整網所有網關設備之間配置一個共同的互通VLAN。等價于將所有的網關節點連接在一個廣播網上;

各網關設備上可以配置靜態路由，也可以配置動態路由協議，形成路由轉發表;

本地VLAN的網關在各個leaf節點上，跨leaf節點的VLAN的三層網關在spine節點上;

同leaf本地VLAN之間三層轉發流量如圖9中藍色線所示，不同leaf節點本地VLAN之間轉發需要通過互通VLAN轉接，如圖9中紅色線所示;

Leaf節點的本地VLAN和跨leaf節點的VLAN之間互通需要到spine節點上去轉發，如圖9中粉色線所示;

這種組網模型將原先通過spine節點轉發的leaf本地VLAN的三層接口下移到leaf節點，減輕了spine節點的負擔，降低了ARP表項需求;但配置相對復雜，需要引入互聯VLAN實現各leaf節點的路由可達。

四、 結束語

通過以上這些組網模型的優缺點分析，可以看出在滿足大二層擴展、鏈路利用率以及穩定性可靠性方面，TRILL已經表現出比傳統STP技術的明顯優勢。

技術在不斷發展，TRILL也在不斷發展進步之中，這其中既包括協議本身的完善，也包括ASIC功能的不斷完善。當前的TRILL解決方案并不是十全十美的，還有改進優化的余地。我們期望未來能獲得更完美的TRILL組網方案，更好的滿足用戶的需求。