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如何用虛擬化重塑網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成了絆腳石
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)的典型架構(gòu)是采用樹狀結(jié)構(gòu),按三層交換機制排列,從核心開始成扇形展開。這種設(shè)計來源于局域網(wǎng)架構(gòu),大概在10〜15年前開始被數(shù)據(jù)中心所采用。當(dāng)時,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,隨著數(shù)據(jù)中心的不斷發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)的不足之處開始暴露出來,包括性能不盡如人意、天生效率低下以及過于復(fù)雜等。在這些缺點中,真正阻礙構(gòu)建虛擬化數(shù)據(jù)中心的是其復(fù)雜性。
復(fù)雜性源自樹狀結(jié)構(gòu)這一根本性架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)通常由多個自主的交換設(shè)備組成,這些設(shè)備通過共享協(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)。隨著網(wǎng)絡(luò)容量的不斷擴增,網(wǎng)絡(luò)中交換機的數(shù)量也呈線性增加。不過,交換機之間潛在的相互關(guān)聯(lián)的增加與交換機數(shù)量的平方有關(guān),可以用公式i = n*(n-1)/2來表示,其中i指潛在相互關(guān)聯(lián)的數(shù)量,n指被管理設(shè)備的數(shù)量。可以看出,被管理的相互關(guān)聯(lián)的數(shù)量成幾何級數(shù)增長,因而增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,結(jié)果遏制了虛擬化的好處。
復(fù)雜性還限制了可擴展性。隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)不斷添加新端口、連接設(shè)備和流量,管理上的復(fù)雜性成幾何級數(shù)增加,結(jié)果使龐大的第2層網(wǎng)絡(luò)域變得無法管理。為了限制復(fù)雜性,許多數(shù)據(jù)中心中的網(wǎng)絡(luò)被分隔成了多個物理網(wǎng)段。但遺憾的是,這恰恰有悖于渴望構(gòu)建數(shù)量更少、規(guī)模更大的資源池的想法。另外,復(fù)雜性還遏制了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化,或迅速重新配置網(wǎng)絡(luò)的能力,從而最終遏制了動態(tài)性。
簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
要克服網(wǎng)絡(luò)屏障,關(guān)鍵在于簡化網(wǎng)絡(luò),從架構(gòu)層面重新考慮網(wǎng)絡(luò)。下面是五個具體的辦法:
1.把物理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量減少到最低程度。對大多數(shù)公司來說,首先要把多個以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)合并成一個物理網(wǎng)絡(luò)。新的數(shù)據(jù)中心橋接(DCB)功能結(jié)合虛擬局域網(wǎng)(VLAN)就可以分離流量,并確定流量優(yōu)先級。另外,可能的話,把存儲流量合并到以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上,這可以通過使用NAS、iSCSI或基于以太網(wǎng)的光纖通道(FCoE)等協(xié)議來實現(xiàn)。
2.讓物理網(wǎng)絡(luò)扁平化。如今數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)大多數(shù)用三層交換機制構(gòu)建而成,最新的技術(shù)可以消除聚合層,把網(wǎng)絡(luò)簡化至兩層,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(shù)量,大大降低復(fù)雜性,同時提高性能、降低成本。
3. 遷移到“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(network fabric)”架構(gòu)。與傳統(tǒng)的樹狀架構(gòu)相比,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)架構(gòu)的其中一個重要方面是,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的所有單元都由單一控制平面(single control plane)來控制,其道理跟一個交換機中的所有端口都由單一控制平面來控制一樣。實際上,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一組不同的物理單元,它們工作起來就像是一臺邏輯分布式交換機。
另外,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以很自然地與動態(tài)資源池進行聯(lián)系。也就是說,虛擬端口(虛擬機與網(wǎng)絡(luò)之間的接口)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中被定義或被配置后,網(wǎng)絡(luò)中的每個物理端口都了解該配置。如果虛擬機在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上遷移,虛擬端口配置會自動保存起來,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(tǒng)、負(fù)載均衡器、安全設(shè)備和邊緣服務(wù)(路由器)。它還會自動保護流量分離機制,包括訪問控制列表(ACL)、虛擬局域網(wǎng)和策略定義。這些都增強了資源池的動態(tài)性。
4. 針對單點管理而設(shè)計。力求設(shè)計出這樣的架構(gòu):僅利用一套自動化工具,就能把虛擬和物理網(wǎng)絡(luò)的管理作為一項“任務(wù)”來處理。這有望消除不同的人負(fù)責(zé)配置虛擬和物理交換機(使用不同的工具或接口)時會出現(xiàn)的許多常見配置錯誤。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出現(xiàn)問題。
5. 規(guī)劃實施虛擬以太網(wǎng)端口聚合(VEPA)。VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregation,802.1 Qbg)是一項新興的開放標(biāo)準(zhǔn),它有望改進網(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,完全依賴于物理網(wǎng)絡(luò)。這樣,虛擬交換機就可以充當(dāng)直通設(shè)備,消除了整個交換層,從而顯著減少需要積極管理的交換機和相互聯(lián)系的數(shù)量。它還有望改善支持虛擬機遷移的網(wǎng)絡(luò)信令機制,從而提高動態(tài)性。假設(shè)虛擬機管理程序和交換機支持VEPA,VEPA就允許在整個網(wǎng)絡(luò)上無縫遷移虛擬機。
為了獲得虛擬化的全部好處,并且能夠享用擴展性和動態(tài)性更強的資源池,我們需要重新設(shè)計數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),著眼于消除其固有的復(fù)雜性。
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