VL2数据中心架构由微软在2009年提出，它是一种新型的架构方式，使得数据中心在节约成本的同时，保证资源的灵活动态分配。它支持数据数据中心内服务器之间均匀的高容量(uniform high capacity)、不同服务带宽互相隔离(performance isolation between services)、二层环境(Ethernet layer-2 semantics)。它采用了：
- 扁平化地址管理，使得不同的服务可以位于数据中心内部不同的位置。
- Valiant Load Balancing（VLB）的负载均衡方式。
- 方便扩容。
通过在小型数据中心的实验，证明了VL2的可用性。本文部分用语可能翻译不是特别恰当，我根据自己的理解进行表述。
1.传统数据中心架构的缺点
传统数据中心架构具有以下几个缺点：
- 数据中心内部服务器之间的容量小。传统树形架构中由于费用问题（交换机端口上行与下行带宽不一致），交换机的收敛比大于1（即下行总带宽与上行总带宽之比），越高层次的交换机收敛比越高，这导致在满载的情况下，服务器间的容量过小。
- 不同服务相互影响。由于共享带宽，导致某些服务占用了过多的带宽会影响别的服务的正常使用。
- 服务器迁移不方便。由于某些服务的限制，通常要求服务器迁移而不变动原IP，这在传统架构中实现比较麻烦，同时使得地址的管理需要过大的人工介入。
- 为了保证灵活性需要预留带宽。这导致在正常情况下，这部分预留带宽被浪费了。
下图为传统数据中心架构：
2.VL2架构
VL2涉及到多项技术：
- 采用随机化对抗网络抖动。采用VLB的方式，使得流量负载更为均衡，降低网络抖动带来的影响。
- 采用链路状态路由协议、ECMP、IP组播等路由技术。
- 采用标签-位置分离技术（LISP），方便主机进行迁移和扩容。在传统状态下，一个主机拥有一个IP，标识主机的位置以及主机的身份。如果在主机迁移后改变IP地址，必然导致上层业务对主机的身份重新识别；如果不改变IP，则主机在新的地址空间可能无法通信。传统IP地址规则身份与位置的统一，使其在云计算环境中显得格格不入。LISP技术是将原来一个IP表示的方式改为了两个IP进行表示：一个标识身份，一个标识位置。在文中，我们采用AA表示位置，LA表示身份。
- VL2层级管理系统。该系统去掉了网络中的ARP报文，提供位置和标签之间的映射。
2.1拓扑结构
下图为VL2的拓扑架构。图中下面浅蓝绿色表示区域为AA地址区域（假设地址为20.0.0.0/8），上面绿色部分区域为LA地址区域（假设地址为10.0.0.0/8），TOR作为中间件进行隔离。汇聚层交换机与核心层交换机两两建立全互联模式（这是VLB思想，而在传统模式中下一层交换机连接2台上一层交换机），TOR连接两台汇聚层交换机（此处为何不是全互联？没有搞懂）。DA和DI分别表示汇聚层的交换机端口和核心层交换机端口。一个TOR下面挂20台服务器。所有服务器位于同一个网段（20.0.0.0/8）。
2.2地址分配与路由
下图展示了主机20.0.0.55的主机访问20.0.0.56的过程。初始源/目的不变，外面套了两层地址，内层为10.0.0.6，外层为10.1.1.1。通过TOR、汇聚层送到核心层之后，剥离外层，然后再送至对应TOR，再剥离内层，送至真实目的地。
所有服务器位于同一个二层环境，所以在第一次发送时正常需要发送ARP广播报文，而VL2代理会拦截ARP报文，然后代理查询VL2层级系统获得AA和LA之间的映射，然后进行封装转发。VL2代理会缓存AA和LA之间的映射关系，类似ARP cache。所以，此处VL2代理的另外一个功能就是做控制策略：对不同主机进行控制；对不同服务进行隔离；VLAN间通信而不需要VLAN网关。
2.3随机多路径
注意在上图中，所有核心交换机的地址都被赋予了同一个LA地址，所以VL2层级系统返回任意播地址给VL2代理。TOR和汇聚层的上行都为ECMP。在实际中，存在以下两个问题，（1）ECMP只能支持最多16条，所以，在多余16条的情况下，VL2定义了多个任意播地址，每个地址容纳16条链路。（2）有些老交换机不支持5元祖哈希策略，那么做法就是VL2代理事先计算好哈希地址然后存入源IP地址段，这样交换机收包后可以直接提取该地址段，做哈希策略。
由于ECMP处理的基本单位是流而不是包，所以对于『大象流』，如果随意哈希分配可能导致链路拥塞。VL2做法是，VL2代理可以设置简单的检测机制，一旦遇到『大象流』，则重哈希，让大象流前往容量较高的链路，避免拥塞。
2.4后向兼容性
在VL2中，采用了3层网络结构实现了虚拟2层网络，所以外部报文（数据中心外）在进入后不需要在网关重写包头，可以直达目的地。而对于希望提供外网可达的服务器，则需要被赋予两层地址：外层LA，内层AA，LA地址通过BGP进行发布到外网。
另外，上面说过了ARP报文。对于DHCP报文，TOR交换机设置DHCP relay进行处理。对于其余希望2层广播的报文，则在同一个服务中，被赋予多播地址，以便于在同一个服务内进行广播（即服务隔离）。
3.VL2层级系统
VL2层级系统主要有三个主要的作用：（1）提供AA-LA之间的查找；（2）提供AA-LA之间的更新；（3）被动缓存机制。本文假设数据中心内部查找频繁，更新相对较少，数据中心存在小范围波动，大范围宕机则情况较少。下图展示了VL2层级系统的架构。
VL2层级系统包括两个主要方面：（1）大量经过读优化（read-optimized）的服务器缓存AA-LA映射关系，处理来自VL2代理的查询。（2）少量经过写优化（write-optimized）的服务器，处理来自VL2代理的更新，为了保证一致性，采用异步RSM进行数据同步。每一台VL2层级系统服务器都存储所有的AA-LA映射关系，答复来自代理的查询。如果没有强烈的一致性要求，则服务器可以30秒一次同步RSM信息。为了保证高可用和低延时，VL2代理一次不仅仅查询一台VL2层级系统服务器，而是一次查询k个，然后选择最快的应答作为答复并缓存AA-LA映射。
被动缓存机制的设置是为了不浪费系统资源。一些VL2层级系统服务器缓存旧的映射，只有当某条映射被采纳之后才会对映射系统进行更新。举个例子，比如某条旧的映射被VL2代理采纳了，然后报文转发到相应TOR，这时候TOR发现目的主机不存在，则TOR发送更新消息到原VL2层级系统服务器，触发更新。
4.实验
作者采用3台核心，3台汇聚，4台TOR，75台服务器进行实验。核心和汇聚交换机拥有24个10Gbps端口，汇聚交换机使用了其中6个端口，核心用了3个；每个TOR拥有2个10G端口和24个1G端口，上联用10G端口，下联1G端口。每台TOR下挂20台服务器（有些没挂满）。每台服务器往另外74台服务器打500G的TCP流量，一共500*74*75G=2.7TB流量。VLB的负载公平因子为0.995，结果显示有效负载是传统情况下的10倍。其余测试数据参考论文。
参考
http://research.microsoft.com/apps/pubs/default.aspx?id=80693