數據中心以太網(wǎng)虛擬化的架構

傳統數據中心以太網(wǎng)的典型架構是采用樹(shù)狀結構，按三層交換機制排列，從核心開(kāi)始成扇形展開(kāi)。這種設計來(lái)源于局域網(wǎng)架構，大概在10?15年前開(kāi)始被數據中心所采用。當時(shí)，以太網(wǎng)風(fēng)頭正勁，它取代了SNA、令牌環(huán)和DEC-Net等網(wǎng)絡(luò )。近10年來(lái)，隨著(zhù)數據中心的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )的不足之處開(kāi)始暴露出來(lái)，包括性能不盡如人意、天生效率低下以及過(guò)于復雜等。在這些缺點(diǎn)中，真正阻礙構建虛擬化數據中心的是其復雜性。

　　復雜性源自樹(shù)狀結構這一根本性架構。網(wǎng)絡(luò )通常由多個(gè)自主的交換設備組成，這些設備通過(guò)共享協(xié)議協(xié)同工作。管理網(wǎng)絡(luò )不但需要管理交換機，還要管理交換機之間的相互關(guān)聯(lián)。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )容量的不斷擴增，網(wǎng)絡(luò )中交換機的數量也呈線(xiàn)性增加。不過(guò)，交換機之間潛在的相互關(guān)聯(lián)的增加與交換機數量的平方有關(guān)，可以用公式i = n*(n-1)/2來(lái)表示，其中i指潛在相互關(guān)聯(lián)的數量，n指被管理設備的數量?？梢钥闯?，被管理的相互關(guān)聯(lián)的數量成幾何級數增長(cháng)，因而增加了網(wǎng)絡(luò )的復雜性，結果遏制了虛擬化的好處。

　　復雜性還限制了可擴展性。隨著(zhù)數據中心網(wǎng)絡(luò )不斷添加新端口、連接設備和流量，管理上的復雜性成幾何級數增加，結果使龐大的第2層網(wǎng)絡(luò )域變得無(wú)法管理。為了限制復雜性，許多數據中心中的網(wǎng)絡(luò )被分隔成了多個(gè)物理網(wǎng)段。但遺憾的是，這恰恰有悖于渴望構建數量更少、規模更大的資源池的想法。另外，復雜性還遏制了網(wǎng)絡(luò )架構變化，或迅速重新配置網(wǎng)絡(luò )的能力，從而最終遏制了動(dòng)態(tài)性。

　　簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )架構

　　要克服網(wǎng)絡(luò )屏障，關(guān)鍵在于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )，從架構層面重新考慮網(wǎng)絡(luò )。下面是五個(gè)具體的辦法：

　　1.把物理網(wǎng)絡(luò )的數量減少到最低程度。對大多數公司來(lái)說(shuō)，首先要把多個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )合并成一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò )。新的數據中心橋接(DCB)功能結合虛擬局域網(wǎng)(VLAN)就可以分離流量，并確定流量?jì)?yōu)先級。另外，可能的話(huà)，把存儲流量合并到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )上，這可以通過(guò)使用NAS、iSCSI或基于以太網(wǎng)的光纖通道(FCoE)等協(xié)議來(lái)實(shí)現。

　　2.讓物理網(wǎng)絡(luò )扁平化。如今數據中心網(wǎng)絡(luò )大多數用三層交換機制構建而成，最新的技術(shù)可以消除聚合層，把網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)化至兩層，又不影響擴展網(wǎng)絡(luò )連接的功能。網(wǎng)絡(luò )扁平化可以減少需要管理的交換機和相互聯(lián)系的數量，大大降低復雜性，同時(shí)提高性能、降低成本。

　　3. 遷移到“網(wǎng)絡(luò )結構(network fabric)”架構。與傳統的樹(shù)狀架構相比，網(wǎng)絡(luò )結構架構的其中一個(gè)重要方面是，網(wǎng)絡(luò )結構中的所有單元都由單一控制平面(single control plane)來(lái)控制，其道理跟一個(gè)交換機中的所有端口都由單一控制平面來(lái)控制一樣。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò )結構是一組不同的物理單元，它們工作起來(lái)就像是一臺邏輯分布式交換機。

　　另外，網(wǎng)絡(luò )結構可以很自然地與動(dòng)態(tài)資源池進(jìn)行聯(lián)系。也就是說(shuō)，虛擬端口(虛擬機與網(wǎng)絡(luò )之間的接口)在網(wǎng)絡(luò )結構中被定義或被配置后，網(wǎng)絡(luò )中的每個(gè)物理端口都了解該配置。如果虛擬機在網(wǎng)絡(luò )結構上遷移，虛擬端口配置會(huì )自動(dòng)保存起來(lái)，虛擬機與其他聯(lián)網(wǎng)資源的連接關(guān)系也得到保留。這些聯(lián)網(wǎng)資源包括存儲系統、負載均衡器、安全設備和邊緣服務(wù)(路由器)。它還會(huì )自動(dòng)保護流量分離機制，包括訪(fǎng)問(wèn)控制列表(ACL)、虛擬局域網(wǎng)和策略定義。這些都增強了資源池的動(dòng)態(tài)性。

　　4. 針對單點(diǎn)管理而設計。力求設計出這樣的架構：僅利用一套自動(dòng)化工具，就能把虛擬和物理網(wǎng)絡(luò )的管理作為一項“任務(wù)”來(lái)處理。這有望消除不同的人負責配置虛擬和物理交換機(使用不同的工具或接口)時(shí)會(huì )出現的許多常見(jiàn)配置錯誤。如果這些配置不同步，就可能在最初配置虛擬機或遷移虛擬機時(shí)出現問(wèn)題。

　　5. 規劃實(shí)施虛擬以太網(wǎng)端口聚合(VEPA)。VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregation，802.1 Qbg)是一項新興的開(kāi)放標準，它有望改進(jìn)網(wǎng)絡(luò )與虛擬化服務(wù)器之間的相互聯(lián)系。它讓交換這項任務(wù)從虛擬機管理程序中脫離出來(lái)，完全依賴(lài)于物理網(wǎng)絡(luò )。這樣，虛擬交換機就可以充當直通設備，消除了整個(gè)交換層，從而顯著(zhù)減少需要積極管理的交換機和相互聯(lián)系的數量。它還有望改善支持虛擬機遷移的網(wǎng)絡(luò )信令機制，從而提高動(dòng)態(tài)性。假設虛擬機管理程序和交換機支持VEPA，VEPA就允許在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )上無(wú)縫遷移虛擬機。

　　為了獲得虛擬化的全部好處，并且能夠享用擴展性和動(dòng)態(tài)性更強的資源池，我們需要重新設計數據中心網(wǎng)絡(luò )架構，著(zhù)眼于消除其固有的復雜性。