基于SDN的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探討

太原市軌道交通發(fā)展有限公司 劉海川

山西晉中理工學(xué)院 花 蕾

本文嘗試對(duì)基于SDN的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行分析。對(duì)于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，其主要特征為成本低、可伸縮、可按需使用等，也正是因?yàn)樯鲜鎏卣魇蛊湓诟餍袠I(yè)受到了歡迎。虛擬化技術(shù)是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主要技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出按需動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、易于管理等優(yōu)勢(shì)，這也使得其整體可靠性得到了提升。然而，虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)使得云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)受到了一定限制，在業(yè)務(wù)開(kāi)展的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)面臨瓶頸。另一方面，應(yīng)該注意對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行共享，通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)租戶網(wǎng)絡(luò)的安全隔離，這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的靈活調(diào)度，同時(shí)也可以對(duì)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置，保證了差異化服務(wù)效果，更加有利于搭建一個(gè)高效、穩(wěn)定、執(zhí)行力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)體系。

1 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可以分為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心間的網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這種方式來(lái)滿足當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信的需求。對(duì)于數(shù)據(jù)中心間來(lái)說(shuō)，其主要是為了滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的同步需求、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)備份等。隨著我國(guó)信息化技術(shù)水平提升，云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使得數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、計(jì)算工作取得了良好效果。云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大量數(shù)據(jù)信息的分類、處理，并且從信息數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息；同時(shí)，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心計(jì)算實(shí)現(xiàn)虛擬化之后，可以更好的服務(wù)于用戶，能夠?qū)Φ讓佑布A(chǔ)設(shè)施進(jìn)行抽象化展示，從而形成了資源池的改變，這也使得后續(xù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行有了具體依據(jù)。資源池的形成還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶實(shí)際需求的動(dòng)態(tài)分配、升級(jí)維護(hù)等，并且享受了無(wú)限量的資源體系，進(jìn)而強(qiáng)化了用戶系統(tǒng)的使用體驗(yàn)。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)可以連接多種分布式資源以及虛擬組件，并且可以實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器的流量匯聚轉(zhuǎn)發(fā)以及遠(yuǎn)程備份，這也使得所建立起的資源池規(guī)模更大。盡管現(xiàn)階段云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的組件正在逐漸實(shí)現(xiàn)完全虛擬化，但是連接這些組件的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)卻沒(méi)能實(shí)現(xiàn)虛擬化，這使得云計(jì)算數(shù)據(jù)中心IT資源沒(méi)有實(shí)現(xiàn)按需分配、動(dòng)態(tài)分配的情況依然存在，直接導(dǎo)致了其與靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求不匹配，從而使得系統(tǒng)整體服務(wù)水平下降，不能夠保證業(yè)務(wù)在規(guī)定期限之內(nèi)完成。

2 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化建設(shè)

2.1 網(wǎng)卡虛擬化

為了有效保證VM與外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境互交的效果，應(yīng)該注意對(duì)不同用戶的業(yè)務(wù)感知情況、標(biāo)識(shí)情況進(jìn)行確定，一般應(yīng)用到的技術(shù)包括VM虛擬網(wǎng)絡(luò)適配器感知、網(wǎng)卡SR-IOV感知等，其在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中發(fā)揮出了理想效果。對(duì)于基于虛擬網(wǎng)絡(luò)適配器感知來(lái)說(shuō)，其擁有屬于自己的vNIC，此種方式在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文的透明傳輸，并且其傳輸方式較為簡(jiǎn)單，操作環(huán)節(jié)也相對(duì)簡(jiǎn)潔。對(duì)于網(wǎng)卡SRIOV感知來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中主要是借助SR-IOV特性中的物理網(wǎng)卡方式來(lái)使其與物理網(wǎng)卡之間建立起多個(gè)獨(dú)立的邏輯通道，通過(guò)這種方式來(lái)將其與網(wǎng)卡進(jìn)行綁定，這樣可以使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)性能以及業(yè)務(wù)感知能力得到提升。

2.2 二層虛擬網(wǎng)絡(luò)

對(duì)于二層虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)說(shuō)，其主要是在物理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上封裝二層邏輯網(wǎng)絡(luò)。此項(xiàng)技術(shù)主要是利用了隧道機(jī)制，通過(guò)這一機(jī)制的利用可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用某種形式的租戶標(biāo)識(shí)來(lái)進(jìn)行字符表示，這樣可以將隧道所收到的信息數(shù)據(jù)通過(guò)分組解析的方式形成正確網(wǎng)橋，從而建立起二層虛擬網(wǎng)絡(luò)。

3 基于SDN的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探討

3.1 SDN

SDN是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的縮寫(xiě)。一開(kāi)始，SDN這一概念是由斯坦福大學(xué)研究人員提出來(lái)的，其主要目的是為了搭建以測(cè)試新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基準(zhǔn)的真實(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。當(dāng)時(shí)，對(duì)SDN的組成部分進(jìn)行了劃分，其主要包括三個(gè)核心概念，即轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離、開(kāi)放應(yīng)用程序接口以及集中流表控制。對(duì)于這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其整體復(fù)雜程度并不高，主網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是利用控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)層與層之間的接口互聯(lián)，此種連接方法的應(yīng)用也實(shí)現(xiàn)了對(duì)抽象底層網(wǎng)絡(luò)的有效控制，并且增加了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體靈活性。通過(guò)控制層開(kāi)放的方式可以實(shí)現(xiàn)API與應(yīng)用層的有效對(duì)接，從而為網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制系統(tǒng)提供更為流暢的操作界面，也更加有利于對(duì)客戶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。

3.2 扁平化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

對(duì)于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，對(duì)其進(jìn)行扁平化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)非常有必要，其主要是指對(duì)原來(lái)的核心層、匯聚層以及接入層進(jìn)行一定調(diào)整，然后將其與匯聚層進(jìn)行合并，通過(guò)這種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)上下行帶寬的收斂設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高接入交換機(jī)的配置，使得交換機(jī)的運(yùn)行更為順暢。在進(jìn)行具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)該將每臺(tái)接入的交換機(jī)都通過(guò)上行鏈路連接到核心層的核心交換機(jī)中，有幾個(gè)核心變換機(jī)就設(shè)定幾條上行鏈路，通過(guò)這種方式來(lái)盡可能做到流量均衡，這也是此種結(jié)構(gòu)所具備的優(yōu)勢(shì)之一。

3.3 邊緣虛擬橋技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的有效虛擬，應(yīng)該注意利用虛擬機(jī)，對(duì)其與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的連接問(wèn)題進(jìn)行確定，從而產(chǎn)生了EVB技術(shù)，即邊緣虛擬橋技術(shù)，其數(shù)據(jù)層面包括三種模式，即VEPA模式、VEB模式以及Channel模式，這種模式在實(shí)際運(yùn)用中使得數(shù)據(jù)層面的功能性更加完善，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)虛擬感知層的定義。當(dāng)其中一個(gè)虛擬機(jī)上線的時(shí)候，需要通過(guò)VDP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相連接的物理交換機(jī)進(jìn)行通告和信息交換，通過(guò)這種方式可以使參數(shù)、配置數(shù)據(jù)的下發(fā)更為及時(shí)，這也為設(shè)備選型提供了必要的技術(shù)支持。為了使云數(shù)據(jù)中心的整體服務(wù)水平得到提升，應(yīng)該確定當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)用戶的實(shí)際需求，突破數(shù)量限制，要通過(guò)核心協(xié)議來(lái)進(jìn)行封裝映射，這樣可以使IP層的數(shù)據(jù)跟蹤能力、共享能力得到保證，其封裝格式包括多種，如NVGRE、VXLAN等。在具體操作的過(guò)程中，如果同一個(gè)租戶有兩個(gè)完全不同的虛擬機(jī)分別連在不同的物理交換機(jī)上，這時(shí)候應(yīng)該注意對(duì)其地址進(jìn)行明確，主要是通過(guò)隧道傳遞的方式來(lái)建立起地址網(wǎng)絡(luò)，可以使數(shù)據(jù)信息的傳遞效果更為理想。

3.4 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)

如圖1所示，基于SDN的數(shù)據(jù)中心是虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)物理服務(wù)器資源儲(chǔ)存、處理等的關(guān)鍵，在展開(kāi)虛擬化資源管理工作的時(shí)候，主要是以軟件為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)VM、虛擬儲(chǔ)存等。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)虛擬化管理、配置來(lái)說(shuō)，是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理人員來(lái)展開(kāi)，這就需要服務(wù)器的虛擬化資源始終處于動(dòng)態(tài)變化中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件的實(shí)時(shí)自動(dòng)配置，保證網(wǎng)絡(luò)中的物理交換機(jī)等組件的功能得到有效發(fā)揮。SDN以其轉(zhuǎn)發(fā)以及控制分離等優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)架的建設(shè)，這也使得系統(tǒng)業(yè)務(wù)的整體靈活性得到了保證，使得集中式的全網(wǎng)管理模式在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了理想效果，實(shí)現(xiàn)了對(duì)API接口的開(kāi)發(fā)。這時(shí)候的應(yīng)用程序在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中往往無(wú)需進(jìn)行業(yè)務(wù)歸屬感知，只需要統(tǒng)一的API接口便可以實(shí)現(xiàn)與云計(jì)算控制系統(tǒng)之間的信息互交，這一過(guò)程更為便捷。對(duì)于此方案來(lái)說(shuō)，在實(shí)際運(yùn)用中可以很好的兼容現(xiàn)有云計(jì)算平臺(tái)，從而保證SDN以及云計(jì)算技術(shù)的平行演進(jìn)，這也使得整個(gè)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的物理組件、虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到有效控制；尤其實(shí)現(xiàn)了對(duì)物理服務(wù)器內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的控制，使其與服務(wù)器之間的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化保持高度一致的狀態(tài)，這也使得服務(wù)系統(tǒng)的整體靈活性得到了保證，也使得其運(yùn)轉(zhuǎn)更為高效。

圖1 整體SDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

結(jié)束語(yǔ)：對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來(lái)說(shuō)，在應(yīng)用中往往很難滿足大流量、多租戶的需求，運(yùn)用新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案可以構(gòu)建起二層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的運(yùn)用可以使設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)化程度得到提升。另外，還應(yīng)該注意運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議以及EVB功能，這樣可以使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體流暢性以及穩(wěn)定性得到保證。