vrf在计算机网络是什么意思

❶ 给你10个路由器或交换机，你如何配置（第1篇）

前几周有人问我，如果有一个环境中给你10多个交换机和路由器，应该如何配置。这是一个很好的问题，关键不在端口安全、Port Channel、STP、和路由的配置，而是在于针对终端应用服务特点选择相应适合的网络架构。

近十年来，虽然云服务的扩展性需求促进了相关解决方案快速发展，然而数据中心常见的网络拓扑仍然可以归纳为两种：传统的三层网络架构，和Leaf-Spine二层网络架构。

传统的三层网络架构由三层交换机组成：即访问层，聚合层(有时称为分发层)和核心层。服务器连接到其中一个边缘层访问交换机(常称Top of Rack Switch，或 TOR Switch)，聚合层交换机则将多个接入层交换机互连在一起，所有聚合层交换机通过核心层交换机相互连接。核心层交换机还负责将数据中心连接到Internet。传统的数据中心过去采用的就是这种三层架构。

下图是我参与优化设计的有数万台服务器的传统数据中心网络架构示意图。

在这个拓扑中，除了经典的三层（分发路由器，网络分区汇聚路由器，服务器接入交换机）外，核心层还包括了： WAN核心骨干路由器，WAN发路由器，WAN优化加速器，LAN核心路由器，外部Choke路由器，Internet边界路由器，Transit，防火墙，用于联接数据包分析器的Network TAP。网络负载均衡器放在了聚合层。另外还有一个专用的OOB接入层，用于设备维护管理。

三层架构虽然容易部署、易于诊断，但是其已无法满足日益增长的云计算需求。三层架构面临的主要问题包括：低可扩展性、低容错性、内部服务器之间横截面带宽低、较高层超额使用（Oversubscription）、高层次的拓扑中使用的大型模块化交换机成本非常高。

我过去常采用以下这几个方法缓解三层架构中网络分离问题：
(1)、PVLAN: 专用VLAN，也称为端口隔离，是计算机网络中的一种技术，其中VLAN包含受限制的交换机端口，使得它们只能与给定的端口通信。这个常用于后端的NFS网络。
(2)、VRF虚拟化路由表，用于路径隔离。
(3)、GRE Tunnel。
(4)、使用一些Overlay network封装协议并结合一操作系统虚似化实现网络分离。

Leaf-Spine网络架构解决了传统三层网络架构所面临的Oversubscription和内部服务器之间横截面带宽问题。Leaf-Spine网络架构在过去几年里已开始接管主要的云服务数据中心。Leaf-Spine结构也称为Clos结构，其中每个Leaf交换机（ToR交换机）以全网状拓扑连接到每个Spine交换机。这是一种两层的Fat-tree网络。这种架构中Leaf之间只有一个跳，最大限度地减少了任何延迟和瓶颈。Spine网络的扩展非常简单，只要在需增长的情况下逐步添加Spine交换机。

Leaf-Spine架构使用定制的寻址方案和路由算法，而非传统的STP。根据网络交换机中可用的功能，可以使用第2层或第3层技术实现Leaf-Spine网格。第3层的Leaf-Spine要求每个链路都被路由，并且通常使用开放最短路径优先（OSPF）或等价多路径路由（ ECMP ）来实现的边界网关协议（BGP）动态路由。第2层采用loop-free的以太网fabric技术，例如多链接透明互联（TRILL）或最短路径桥接（SPB, IEEE 802.1aq）。其中，思科的FabricPath 和Brocade的Virtual Cluster Switching是基于TRILL发展而来的私有data plane。核心网络还可使用带有ECMP的动态路由协议通过第3层连接到主干网。华为、联想、Brocade、HP、 Extreme Networks等公司都有基于TRILL的产品或其它Leaf-Spine架构的解决方案。

Leaf-Spine结构的优点是：

(1)、使用所有链路互连，而不像传统网络中冗余链路被STP阻塞。
(2)、所有内部Leaf之间横向通信都是等距的，因此数据流延时时间是确定的。
(3)、Underlay的交换机配置和核心网络配置是固定的，因此变更Overlay Network的路由不需要更改核心网络。
(4)、产品安全区域能虚拟分离，扩展了VLAN和多租户安全性。
(5)、基础设施的物理网络可以和逻辑网络(Overlay network)分离。

Leaf-Spine结构也有些缺点，比如：

(1)、网络交换机的数量远远大于三层网络架构。
(2)、扩展新的Leaf时需要大量的线缆、并占用大量Spine交换机端口。
(3)、Spine交换机端口数量决定了最大可联接的Leaf交换机数量，也就决定了最大主机总数量。

下图是我参与过的一个公有云Leaf-Spine方案示意草图。

现代的数据中心部署中，我们一般将网络设备、服务器和机架在出厂时应模块化。对于使用Leaf-Spine 网络的数据中心，出厂时预装配成四种类型的标准工程系统：Transit 机柜, Spine 机柜, Fabric 机柜, 和 Server 机柜。Leaf 交换机和服务器一样被预装配于 Server 机柜，基本上做到开柜上电即可上线使用。

当下全球主流公有云基本上采用的都是Leaf-Spine 网络架构。然而，各家公有云服务商Leaf-Spine网络中的Underlay Network和Overlay Network使用的协议和方案有很大区别。比如，你可以基于Leaf-Spine架构使用VXLAN来设计你的SDN解决方案，也可以基于ECMP的BGP-labeled-unicast的underlay 网络，使用MPLS L3VPNs构建另一种多租户的数据中心SDN解决方案。

聊完了两种层数据中心网络架构，相信大家如有机会搭建新的网络时，应该知道如何选择您的网络架构方案了。

欢迎大家发表留言，谈谈你所熟悉的Leaf-Spine网络架构方案中，Underlay Network和Overlay Network使用的协议分别是什么。

参考资料：
(1)、 Building Multi tenant Data Centers with MPLS L3VPNs
(2)、 Cisco Data Center Spine-and-Leaf Architecture: Design Overview White Paper

❷ 简评三个基于VRF的共识算法

上交所技术公司  朱立

Algorand、Dfinity和Ouroboros Praos三个共识算法（Dfinity虽然是项目名，这里用来称呼其共识算法也应无不妥）近期较受关注，而且都是基于VRF(Verifiable Random Function) 设计，可以对照学习。Algorand的版本很多，以下单指  1607.01341v9 ，暂称其为Algorand'（笔者手中另有Algorand的 最新版本 ，其中已对下文提及的几处问题完成了修正，可与本文参看）。

一、VRF的共性

VRF的意义很好理解——用以完成出块人（群）的随机选择。为此，VRF的返回值应尽力难以预测。先看Algorand'和Dfinity的套路是怎么做的：大体上是先将前一个随机数（最初的随机数却是协议给定的）和某种代表高度、轮次的变量进行组合，用某种私钥对之进行签名（或者是先签名再组合），最后哈希一下得出最新的随机数。这样产生的随机数旁人很容易验证其合乎算法，"V"就这样得到了；而哈希返回值又是随机分布的，“R”也因此得到保证。在此过程中，为降低操纵结果的可能性，有两个注意事项： A) 签名算法应当具有唯一性，也就是用同一把私钥对同样的信息进行签名，只有一个合法签名可以通过验证——普通的非对称加解密算法一般不具备这个属性，如SM2。如果用的签名算法没有这种uniqueness属性，那在生成新随机数的时候就存在通过反复多次尝试签名以挑出最有利者的余地，会降低安全性。 B) 避免在生成新随机数时将当前块的数据作为随机性来源之一，比如引用本块交易列表的merkle root值等等，因为这样做会给出块人尝试变更打包交易顺序、尝试打包不同交易以产生最有利的新随机数的余地。在设计和检视新的共识算法时，以上两个注意事项是要特别留意的。

考察一下VRF的返回结果应该如何运用。目前所见用法中，VRF的返回结果可以用来公开完成节点或节点群体的选择，也可以私密地完成选择。以Dfinity为例，它是利用mod操作来唯一、公开地确定一个Group。Algorand'、Ouroboros Praos是私密选择的范例，大致套路是对VRF的最新返回值，配上轮次等变量后用私钥进行签名并哈希，如果哈希值小于某个阈值，节点就可以私密地知道自己被选中。这种方法很可能在网络节点数较多时的表现会更稳定，否则幸运儿个数上下波动会较大，进而影响协议表现，包括空块和分叉。

二、简评强同步假设版本的Algorand'

私密选择提供了较强的抗击定点攻击的能力，但由于幸运儿的总数对于任何一个幸运儿都是不能预知的，也因此给后续共识算法的设计和区块链的优化带来了困难。Algorand‘采用了很强的同步网络假设（同步网络假设下的共识算法当然容易做一些），要求预先知道网络消息传播时间的上限：在固定时间内完成对固定比例的用户的网络传播。比如要知道，1KB消息，在1秒钟内完成全网95%的传播，而1MB消息需要1.5分钟完成全网95%的传播。但这个传输上限应该如何选择？ 通过一段时间的统计结果再乘以一个系数这种经验统计？只能说“感觉上可以”，但如果要严谨和安全，Algorand‘算法应该补充证明即使在遭遇DDOS或互联网拥堵的情况下消息传播严重超限后算法仍然能够保证安全——然而这个证明是缺失的。作为对照，Ouroboros Praos公开承认之前在同步网络假设下设计的Ouroboros协议在异步网络条件下会出错，所以才又做了Ouroboros Praos；新版本的Algorand承认在弱同步网络时会在不同的块上达成共识（后续网络恢复强同步时分叉可以得到解决）云云，这些都可资参考。

即使我们暂且认可Algorand'算法可以通过设定一个很大的传播时间上限来回应上述问题，但随之而来的是此时可以看出此算法缺乏一个非常好的特性：Responsiveness。这个特性指的是：若一个协议被设计为在一个较大的传播时间上限DELTA下工作，但若实际传播时间是较小的delta，则协议的实际推进步调将只和delta有关，这种协议被称为Responsive的。具有Responsive特性的共识算法再配以同步网络假设会非常理想——出于安全，上限可以设置很大，然而协议执行速度只和当时网络条件有关。Algorand'并不具有这种特性。平均而言，Algorand'完成共识所需的消息传送次数是11轮，每轮如果要确保安全，完成共识的时间就会很长，单个分区的吞吐量就不会太高。当然，架构设计涉及很多取舍，最终评价一个算法好还是不好还是要回到初心——准备拿来实现的目标是什么。上述分析只是尝试客观地指出Algorand'算法的几个少为人知的固有特征，供读者自行评估。

三、简评Dfinity的可扩展性问题

私密选择并且立即上任的做法，也给系统分片带来了极大挑战。Dfinity是明确要做分片(Sharding)的，所以必须直面挑战。可扩展性问题非常复杂，完整解决这个问题需要通盘考虑网络、存储、计算三方面的可扩展性——时下大多数区块链3.0项目只注意到计算的分片和可扩展性，忽略了其余二者，从而不可能真正实现理想的扩展。由于公链节点网络带宽的制约，计算合约所需的数据通常很难迅速地从一个节点拷贝到另一节点，所以就算用VRF实现了飘忽来去的出块节点选择，存储节点是没法同样飘逸如风的。明显的选择有那么几个：全部节点存储全部数据，不同节点静态地分配用来存储不同分区。前者的可扩展性很差，对于后者而言，如果出块节点漂浮不定且出块节点还需要完成合约运算，就意味着基于P2P网络来回远程访问存储，性能多半急剧下降；动态决定的出块节点只完成排序共识，计算能力和存储捆绑，通过静态分区提供可扩展性，可能是合理的应对。然而，最可恨的就是“然而”二字——即使如此，系统还存在一处对存储和网络构成压力的所在：最终用户提交的待打包交易。普通公链（先不考虑EOS那种）的带宽有限，如果用户提交的待打包交易必须粗放型地全网泛滥传播，那现有网络带宽可以提供多少TPS？如果出块节点是静态分区或者至少提前一段时间公开知晓，事情尚有回旋余地；如果出块节点是如此飘忽不定，而且直到最后一刻也只有这些节点自己知道，那无论是用户还是出块节点候选人看起来最直接的应对之道就是全网泛滥传播全部待打包交易、保存全部待打包交易，这样带宽和存储仍然成为系统瓶颈。

所以这里碰到的，本质上还是安全、可扩展性、去中心化的不可能三角。

四、简评Ouroboros Praos

BM怼 Ouroboros的文字已经流传广泛。BM的话当然有些明显是不对的，比如Ouroboros的DPOS是指"Dynamic [stake distribution] POS"而不是BM的Delegate POS，但其关于Pareto分布的评论则值得玩味。如果我们仔细浏览后出的Ouroboros Praos，可以发现协议的安全假设和安全证明完全没有考虑经济博弈因素，因此洋洋洒洒的证明很可能会不得要领而错过真正需要防护的方向——毕竟一直以来POS/DPOS这些协议的血管里面流淌的就是基于经济博弈和人性进行设计的血液。最明显的例子是在forward secure signature的实现方法上，协议目前的设计是要求每个好的节点自觉主动地安全删除用过的私钥，而完全没有考虑近乎零的私钥保存成本如何面对bribe attack的诱惑，然而这却是值得考虑的。除了形式化证明之外，Ouroboros Praos本身并没有太多值得关注的协议特征，总体上就是用VRF抽签结合POS算法并针对某些安全假设进行了形式化证明，其做事的态度是非常值得赞赏的。

五、总结

这几个算法本身颇有创意，也很值得学习。与此同时，在看过以太坊CASPER目前披露的分区技术后，笔者的体会是：区块链3.0的竞争才刚刚开始，从以太坊团队的技术路线看，他们的技术考量和选择要比很多宣称要超越以太坊的团队来得深刻和全面。如果当真要超越以太坊，还是应该先从理解以太坊开始。

顺便感谢趣链邱炜伟博士对本文的贡献！

❸ RD,RT以及VRF是什么

RD（Route-Distinguisher）用于标示PE设备上不同VPN实例，其主要作用也就是实现VPN实例之间地址复用。

RT（Route-Target）是VPNv4路由携带的一个重要属性，它决定VPN路由的收发和过滤，PE依靠RT属性区分不同VPN之间路由，也成为MBGP测试中的一个重点。

VRFBGP/MPLS VPN的安全举措之一就是路由隔离和信息隔离，它是通过VPN路由转发(VPN Routing。

认证：

一、为贯彻国家科教兴国战略，提高劳动者素质，根据《中华人民共和国职业教育法》第一章第八条，“实施职业教育应当根据实际需要，同国家制定的职业分类和职业等级标准相适应，实行学历证书、培训证书和职业资格证书制度。

二、 CVEQC认证证书持有者已经通过了中国职业教育资格认证指导中心组织的培训和相应的考试，具有相应的专业技能和知识。

三、CVEQC证书可作为劳动者岗前培训、在职培训、提高培训、继续教育的培训认证；也是劳动者“先培训、后就业，先培训、后上岗”的凭证。

以上内容参考：网络-后端工程师