网络虚拟化技术在云计算数据中心的应用[精选].doc

网络虚拟化技术在云计算数据中心的应用 云计算带来的超大规模数据中心建设，对数据中心网络提出了新的需求，网络虚拟化技术是解决这些新需求的有效手段，本文通过系统论述数据中心网络虚拟化技术中涉及的控制平面虚拟化技术和数据平面虚拟化技术，分析了业界主要厂商的技术实现和新的虚拟化标准协议的技术原理，为数据中心网络虚拟化技术的发展提出了一个较为清晰的演进路径。 云计算最重要的技术实现就是虚拟化技术，计算虚拟化商用的解决方案得到了较成熟的应用，而存储虚拟化已经在SAN上实现得很好了，在网络虚拟化技术方面。业界主流厂商都提出了自己的解决方案，本文分析了数据中心中网络虚拟化的实现相关技术和发展思路。 最早的网络虚拟化技术代表是交换机集群(Cluster)技术，多以盒式小交换机为主，较为古老，当前数据中心里面已经很少见了。而新的技术则主要分为两个方向，控制平面虚拟化与数据平面虚拟化。在探讨网络虚拟化技术之前，先定义一下云计算数据中心中各种网络类型的定义，数据中心中网络流量的根本出发点是服务器，结合云计算最适合的核心——接入二层网络结构，可以把各种网络分类： Network1：VM本地互访网络，边界是AccessSwitch，包括物理服务器本机VM互访和跨AccessSwitch的不同物理服务器VM互访两个层面。 Network2：Ethemet与FC融合就是FCoE，边界仍然是AccessSwitch。 Network3：跨核心层服务器互访网络，边界是AccessSwitch与Core Switch。 Network4：数据中心跨站点二层网络，边界是Core Switch。 Network5：数据中心外部网络，边界是CoreSwitch与ISP IP网络。 在大规模数据中心部署虚拟化计算和虚拟化存储以后，对网络产生了新的需求：虚拟机(VM)之间的互通，在DC内部和DC间任意互通，迁移和扩展资源-更多的接口，更多的带宽，至少按照10000个l0Gbit／s端口容量构建资源池。二层网络规模扩大，保证业务与底层硬件的透明和随需部署，数据中心站点间二层互联。DC资源整合，地域无差别。构建真正的大云。服务器前后端网络融合，DC内部网络整合。 1 控制平面虚拟化 顾名思义，控制平面虚拟化是将所有设备的控制平面合而为一，只有一个主体去处理整个虚拟交换机的协议处理，表项同步等工作。从结构上来说，控制平面虚拟化又可以分为纵向与横向虚拟化两种方向。 纵向虚拟化指不同层次设备之间通过虚拟化合多为一，相当于将下游交换机设备作为上游设备的接口扩展而存在，虚拟化后的交换机控制平面和转发平面都在上游设备上，下游设备只有一些简单的同步处理特性，报文转发也都需要上送到上游设备进行。可以理解为集中式转发的虚拟交换机。 横向虚拟化多是将同一层次上的同类型交换机设备虚拟合一，控制平面工作如纵向一般，都由一个主体去完成，但转发平面上所有的机框和盒子都可以对流量进行本地转发和处理，是典型分布式转发结构的虚拟交换机。控制平面虚拟化从一定意义上来说是真正的虚拟交换机，能够同时解决统一管理与接口扩展的需求。 2 数据平面虚拟化 数据通信的两个维度，一个是控制平面，另一个就是数据平面，也就是数据转发平面。为实现数据平面的虚拟化，于是有了TRILL和SPB这两个新的协议的推出。两个协议都是用L2 ISIS作为控制协议在所有设备上进行拓扑路径计算，转发的时候会对原始报文进行外层封装，以不同的目的Tag在TRILL／SPB区域内部进行转发。对外界来说，可以认为TRILL／SPB区域网络就是一个大的虚拟交换机，Ethemet报文从人口进去后，完整的从出口吐出来，内部的转发过程对外是不可见且无意义的。 这种数据平面虚拟化多合一已经是广泛意义上的多虚一了，此方式在二层Ethemet转发时可以有效的扩展规模范围，作为网络节点的多个节点虚拟成一个节点来说，控制平面虚拟化目前还在个位到十位数级别，数据平面虚拟化已经可以轻松达到百位的范畴。但其缺点也很明显，引入了控制协议报文处理，增加了网络的复杂度，同时由于转发时对数据报文多了外层头的封包解包动作，降低了Ethemet的转发效率。 在构建数据中心二层网络模型中，核心层与接入层设备有两个问题是必须要解决的，一是拓扑无环路，二是多路径转发。但在传统Ethemet转发中只有使用STP才能确保无环，但STP导致了多路径冗余中部分路径被阻塞浪费带宽，给整网转发能力带来了瓶颈。因此云计算中需要新的技术在避免环路的基础上提升多路径带宽利用率，网络虚拟化技术提到了两个解决上述需求的思路。 首先是控制平面多虚一，将核心层虚拟为一个逻辑设备，通过链路聚合使此逻辑设备与