云数据中心中的SDN/NFV应用

简介: 【6月更文挑战第9天】计算和存储虚拟化技术在云计算IDC中已基本满足需求,但网络成为新瓶颈,主要问题包括虚拟化环境下的网络配置复杂度增加、拓扑展现困难和无法动态调整资源。

计算和存储虚拟化技术经过几年时间的发展,已经基本能够满足用户的需求,而随着云计算IDC的规模越来越大,以及客户个性化需求的日趋强烈,网络已经成为制约云计算IDC发展的最大瓶颈,主要体现在以下几个方面:

  • 虚拟化环境下网络配置的复杂度极大提升。IDC内部设备众多,特别是计算资源虚拟化后,虚拟机的数量更是数十倍地增长,且各类业务特性各异,导致网络配置的复杂度大大增加。
  • 虚拟化环境下无法有效进行拓扑展现。无法很好地呈现业务系统与网络资源之间的对应关系,导致运维复杂,极易出现问题。
  • 无法实现动态的资源调整。不同业务系统的流量、安全策略等均有所不同,传统的网络技术无法动态感知各业务属性,从而灵活地进行适应性的资源调整,容易造成资源的浪费或过载。


基于SDN/NFV的IDC网络解决方案如下:

  • 基于专用接口

此方案主要为一些网络设备厂家主导的方案,SDN控制器与网络设备之间通过私有协议进行通信,实现网络配置的统一管理和下发。方案需要对现有网络设备进行软件化的升级改造,较易实现,过渡平滑。但缺点也很明显,就是标准不统一,异厂家无法互通,SDN控制器适配多种设备难度很大。

  • 基于开放协议

将厂家的私有协议换成基于ONF主导的OpenFlow等标准开放协议。缺点是OpenFlow标准的产业化成熟度不高,目前不同的标准化组织之间还存在激烈的竞争,标准无法统一,而且需要对现有的网络设备进行大规模的升级与替换,无法很好地实现业务的平滑升级过渡。

  • 基于叠加(Overlay)

上面两个方案都是需要对现有的硬件设备进行全面的升级或替换,一方面会造成前期投资的浪费,另一方面也容易造成业务的中断。以现有的IP网络为基础,在其中建立软件实现的叠加层,全面屏蔽底层物理网络设备,所有的网络能力均以NFV倡导的软件虚拟化的方式提供。


方案的优势是不依赖于底层网络设备,可灵活地实现业务系统的安全、流量、性能等策略,实现多租户模式,基于可编程能力实现网络自动配置。缺点是在一定程度上增加了网络架构的复杂度,且通用服务器架构与传统的专用网络设备相比存在一定的性能缺失。

  • 多租户的网络隔离

为了实现多租户的网络隔离,采用一种L2 over L3的隧道技术来构建一张虚拟网络,隧道封装协议的选择有VxLAN、MPLS over GRE(基于多协议标签交换的标准路由封装)、NV-GRE(基于网络虚拟化的标准路由封装)、STT(StatelessTransport Tunneling,无状态传输隧道)等多种,目前支持较多的是VxLAN。VxLAN的工作原理是创建第二层的逻辑网络,并将其封装在标准的第三层IP包中,无需依赖传统的VLAN等二层隔离手段,即可实现多租户的逻辑区分,使得用户可以很方便地在现有网络上大量创建虚拟域,并使它们彼此之间以及与底层网络完全隔离。

  • 利用NFV实现路由及边界防护

IDC的东、西向流量给传统的集中式路由模式带来了挑战,为了很好地解决这个问题,采用基于软件定义的路由器以及防火墙,将其分布式部署在各个通用服务器的虚拟化层,为每个租户分配独立的逻辑路由器以及防火墙,支持各租户之间的个性化定制要求,并智能地将流量按最短路径进行转发,从而减轻核心交换机的压力。基于通用服务器架构的虚拟机实现南、北向的网络边界防护,包括四至七层的负载均衡、防火墙、路由器以及其他高级网络服务功能,可以完全取代传统模式下的硬件边界网关设备。


SDN/NFV解决方案以较低的成本实现了云计算IDC网络的智能化,简化了网络配置,实现了多租户隔离,但也带来了一些问题,比如可靠性相对低于专有电信设备、转发性能会有损失等。

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