如何用虛擬化重塑網(wǎng)絡架構

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網(wǎng)絡架構成了絆腳石

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)的典型架構是采用樹狀結構，按三層交換機制排列，從核心開始成扇形展開。這種設計來源于局域網(wǎng)架構，大概在10〜15年前開始被數(shù)據(jù)中心所采用。當時，以太網(wǎng)風頭正勁，它取代了SNA、令牌環(huán)和DEC-Net等網(wǎng)絡。近10年來，隨著數(shù)據(jù)中心的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡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雜等。在這些缺點中，真正阻礙構建虛擬化數(shù)據(jù)中心的是其復雜性。

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

復雜性還限制了可擴展性。隨著數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡不斷添加新端口、連接設備和流量，管理上的復雜性成幾何級數(shù)增加，結果使龐大的第2層網(wǎng)絡域變得無法管理。為了限制復雜性，許多數(shù)據(jù)中心中的網(wǎng)絡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建數(shù)量更少、規(guī)模更大的資源池的想法。另外，復雜性還遏制了網(wǎng)絡架構變化，或迅速重新配置網(wǎng)絡的能力，從而最終遏制了動態(tài)性。

簡化網(wǎng)絡架構

要克服網(wǎng)絡屏障，關鍵在于簡化網(wǎng)絡，從架構層面重新考慮網(wǎng)絡。下面是五個具體的辦法：

1.把物理網(wǎng)絡的數(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)絡合并成一個物理網(wǎng)絡。新的數(shù)據(jù)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)絡扁平化。如今數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡大多數(shù)用三層交換機制構建而成，最新的技術可以消除聚合層，把網(wǎng)絡簡化至兩層，又不影響擴展網(wǎng)絡連接的功能。網(wǎng)絡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，大大降低復雜性，同時提高性能、降低成本。

3. 遷移到“網(wǎng)絡結構（network fabric）”架構。與傳統(tǒng)的樹狀架構相比，網(wǎng)絡結構架構的其中一個重要方面是，網(wǎng)絡結構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)絡結構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)絡結構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)絡之間的接口）在網(wǎng)絡結構中被定義或被配置后，網(wǎng)絡中的每個物理端口都了解該配置。如果虛擬機在網(wǎng)絡結構上遷移，虛擬端口配置會自動保存起來，虛擬機與其他聯(lián)網(wǎng)資源的連接關系也得到保留。這些聯(lián)網(wǎng)資源包括存儲系統(tǒng)、負載均衡器、安全設備和邊緣服務（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. 針對單點管理而設計。力求設計出這樣的架構：僅利用一套自動化工具，就能把虛擬和物理網(wǎng)絡的管理作為一項“任務”來處理。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準，它有望改進網(wǎng)絡與虛擬化服務器之間的相互聯(lián)系。它讓交換這項任務從虛擬機管理程序中脫離出來，完全依賴于物理網(wǎng)絡。這樣，虛擬交換機就可以充當直通設備，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)絡信令機制，從而提高動態(tài)性。假設虛擬機管理程序和交換機支持VEPA，VEPA就允許在整個網(wǎng)絡上無縫遷移虛擬機。

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，我們需要重新設計數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構，著眼于消除其固有的復雜性。