網(wǎng)絡(luò)虛擬化以不變應(yīng)萬(wàn)變應(yīng)對(duì)企業(yè)園區(qū)網(wǎng)新挑戰(zhàn)

作者：曉憶 2012-11-22 09:42:05

在當(dāng)今高度自動(dòng)化，技術(shù)驅(qū)動(dòng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，業(yè)務(wù)能力與IT能力正越發(fā)密不可分。IT能力已經(jīng)成為企業(yè)推動(dòng)自身業(yè)務(wù)向前發(fā)展的重要賦能器，企業(yè)IT應(yīng)用正在發(fā)生著顯著的變化：云計(jì)算、BYOD、高清媒體等正迅速地走進(jìn)企業(yè)應(yīng)用。這些IT應(yīng)用新變化對(duì)企業(yè)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了更大的挑戰(zhàn)。這就要求基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)要變得更彈性、可靠和簡(jiǎn)潔。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化的提出就是應(yīng)對(duì)企業(yè)IT能力變化，以不變應(yīng)萬(wàn)變的一個(gè)解決方案。

Forrester Research的分析師Robert Whiteley認(rèn)為: “十年以來(lái)，虛擬化技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一直在相互影響中發(fā)展。虛擬化是一個(gè)高度依賴網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算結(jié)構(gòu)，這就意味著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須與服務(wù)器、存儲(chǔ)以及桌面系統(tǒng)一起進(jìn)步。過(guò)去，網(wǎng)絡(luò)只不過(guò)是連通眾多硬件設(shè)備的管道; 而現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變成了新的基礎(chǔ)設(shè)施。”

網(wǎng)絡(luò)虛擬化分類

網(wǎng)絡(luò)虛擬化其實(shí)很早就已經(jīng)出現(xiàn)。比如已經(jīng)在實(shí)際項(xiàng)目中大量采用的VLAN、VRF等均可以被認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的初期發(fā)展雛形。隨著技術(shù)的不斷演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)虛擬化已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。網(wǎng)絡(luò)虛擬化的發(fā)展也有了兩個(gè)被業(yè)界認(rèn)可的方向，分別是是多虛一虛擬化與一虛多虛擬化。

多虛一，顧名思義就是將多臺(tái)設(shè)備虛擬化成一臺(tái)設(shè)備。同樣，一虛多就是將一臺(tái)設(shè)備虛擬化成多臺(tái)設(shè)備。

多虛一又可以分為“堆疊”和“集群”兩種。“一虛多”和“多虛一”這兩種虛擬化還可以組合使用，使得網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活。

多虛一

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多虛一技術(shù)就是將兩臺(tái)或者更多臺(tái)物理設(shè)備虛擬成一臺(tái)設(shè)備。多虛一虛擬化的主要目的是為了擴(kuò)展資源，增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的容量。同時(shí)還起到簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌子诠芾恚鰪?qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性的作用。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多虛一虛擬化技術(shù)分為兩種。一種是基于低端交換機(jī)的堆疊技術(shù)，另一種是基于高端路由器的集群技術(shù)。

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交換機(jī)堆疊技術(shù)

交換機(jī)堆疊是將多于兩臺(tái)的交換機(jī)組合起來(lái)實(shí)現(xiàn)共同工作，以便在有限的空間內(nèi)提供盡可能多的端口，形成一個(gè)可管理的堆疊單元系統(tǒng)。

最初應(yīng)用堆疊的意圖是為了增加交換機(jī)級(jí)聯(lián)的帶寬，采用專用堆疊接口，提供超于級(jí)聯(lián)方式的帶寬。同時(shí)整個(gè)堆疊單元可以作為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行管理，即實(shí)現(xiàn)堆疊方式將多臺(tái)交換機(jī)虛擬成為一臺(tái)交換機(jī)來(lái)進(jìn)行管理。

專用堆疊接口通常采用專用線纜，此線纜長(zhǎng)度一般較短，這對(duì)設(shè)備的實(shí)際部署帶來(lái)限制。為了克服這一限制，新的堆疊方式也可以使用普通業(yè)務(wù)端口來(lái)實(shí)現(xiàn)，并可以采用多個(gè)業(yè)務(wù)端口捆綁以增加堆疊帶寬。業(yè)務(wù)端口堆疊可使用光纖進(jìn)行連接，最長(zhǎng)距離可達(dá)100公里。(堆疊接口其實(shí)也是以太網(wǎng)接口，可以理解為一種特殊的業(yè)務(wù)端口。)

隨著堆疊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，行業(yè)技術(shù)專家將盒式接入交換機(jī)的堆疊技術(shù)引入到框式交換機(jī)領(lǐng)域，在網(wǎng)絡(luò)核心層引入該技術(shù)。如果將框式交換機(jī)理解為多個(gè)盒式交換機(jī)堆疊的話，那么框式交換機(jī)堆疊則組成更大的交換機(jī)單元。但是，核心交換機(jī)應(yīng)用堆疊技術(shù)，通常并不是為了擴(kuò)展端口的容量，而是利用堆疊的易管理與負(fù)載分擔(dān)的特點(diǎn)。

交換機(jī)堆疊在技術(shù)層面上研發(fā)比較簡(jiǎn)單，目前業(yè)界主流廠商基本都支持。

路由器集群技術(shù)

集群技術(shù)的產(chǎn)生，主要有兩方面原因：首先，單臺(tái)設(shè)備的容量已經(jīng)發(fā)展到極限;其次，超級(jí)節(jié)點(diǎn)的產(chǎn)生使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更趨復(fù)雜，運(yùn)維管理的難度也隨之增大。

路由器集群技術(shù)通過(guò)路由器內(nèi)部交換矩陣將多個(gè)業(yè)務(wù)機(jī)框互聯(lián)起來(lái)，形成一套邏輯上統(tǒng)一的路由器系統(tǒng)單元。應(yīng)用集群技術(shù)極大的擴(kuò)展了路由器的容量，從而突破了單機(jī)容量在技術(shù)與工藝上的限制。同時(shí)，由于路由器集群對(duì)外標(biāo)識(shí)為一臺(tái)路由器，使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜吐酚刹呗灾朴喿兊煤?jiǎn)單和清晰，維護(hù)管理也更加方便快捷。

路由器集群在技術(shù)層面上研發(fā)比較復(fù)雜，目前業(yè)界主流廠商只有Cisco、Huawei和Juniper支持。

交換機(jī)的集群技術(shù)

作為高端核心路由器的一項(xiàng)技術(shù)，它的穩(wěn)定性和可靠性在設(shè)計(jì)之初就被考慮的非常周全。相對(duì)交換機(jī)堆疊技術(shù)而言，集群技術(shù)由于采用交換網(wǎng)互聯(lián)，數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)路徑短，使得轉(zhuǎn)發(fā)效率更高，而且時(shí)延和抖動(dòng)進(jìn)一步縮小。

目前業(yè)界主流廠商只有Huawei支持交換機(jī)集群技術(shù)。

一虛多

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一虛多技術(shù)就是將一臺(tái)物理設(shè)備虛擬成兩臺(tái)或者更多臺(tái)設(shè)備達(dá)到網(wǎng)絡(luò)部署更加靈活，網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配更加合理的目的。

VLAN或者VRF可以簡(jiǎn)單認(rèn)為也是一虛多虛擬化。但筆者這里要談的是整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的虛擬化，稱為VS(虛擬系統(tǒng))。不同于VLAN或者VRF，VS(虛擬系統(tǒng))將一臺(tái)設(shè)備從硬件資源上虛擬成多臺(tái)設(shè)備，每一臺(tái)虛擬設(shè)備都擁有獨(dú)自的硬件資源，包括端口、內(nèi)存、CPU等，不僅僅是端口隔離或者轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的隔離。實(shí)際上，設(shè)備系統(tǒng)的虛擬化之后，每個(gè)虛擬設(shè)備還可以再配置VLAN 或者VRF，進(jìn)行邏輯隔離，這樣與普通物理設(shè)備一樣。

設(shè)備一虛多這項(xiàng)技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)部署和管理更加靈活。例如，當(dāng)把企業(yè)的區(qū)域分為辦公網(wǎng)接入?yún)^(qū)、生產(chǎn)網(wǎng)接入?yún)^(qū)、安全隔離區(qū)、數(shù)據(jù)中心核心區(qū)時(shí)，每個(gè)區(qū)域都要與其他區(qū)域進(jìn)行隔離。

此時(shí)可以在核心交換機(jī)上采用一虛多虛擬化技術(shù)，將一臺(tái)核心交換機(jī)虛擬成若干臺(tái)設(shè)備，每臺(tái)虛擬交換機(jī)被分配給某個(gè)區(qū)域。這樣相當(dāng)于為每個(gè)區(qū)域都部署了一臺(tái)核心交換機(jī)。通常，這被稱為橫向虛擬化。

再例如，通常一個(gè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)都會(huì)按照三層架構(gòu)來(lái)進(jìn)行部署，即核心層、匯聚層和接入層。核心交換機(jī)負(fù)責(zé)高速交換，匯聚交換機(jī)除負(fù)責(zé)匯聚各接入交換機(jī)外，還負(fù)責(zé)部署業(yè)務(wù)，如網(wǎng)關(guān)、安全策略、流量監(jiān)控等。對(duì)于在一座樓宇內(nèi)的部署來(lái)說(shuō)，所有接入交換機(jī)都雙歸到中心機(jī)房進(jìn)行匯聚，此時(shí)可將核心交換機(jī)一虛多虛擬化為若干臺(tái)設(shè)備，將一部分虛擬設(shè)備用作匯聚交換機(jī)。這樣，不但匯聚交換機(jī)擁有高性能、高可靠的核心交換機(jī)硬件資源，還極大方便了業(yè)務(wù)部署和管理以及網(wǎng)絡(luò)資源的整體調(diào)配。通常，這被稱為縱向虛擬化。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一虛多技術(shù)難度比較高，一般是在高端核心設(shè)備上應(yīng)用。目前業(yè)界只有思科和華為擁有此項(xiàng)技術(shù)。思科在其數(shù)據(jù)中心交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備一虛多，稱為VDC。華為在其數(shù)據(jù)中心交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備一虛多，稱為VS。思科VDC目前支持1到4虛擬化，即1臺(tái)設(shè)備虛擬成4臺(tái)。華為VS目前支持1到8虛擬化，即1臺(tái)設(shè)備虛擬成8臺(tái)。實(shí)際上設(shè)備虛擬化的能力依賴于設(shè)備硬件資源和軟件架構(gòu)。硬件資源越大，軟件結(jié)構(gòu)化越細(xì)，虛擬化能力就越強(qiáng)。

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虛擬化組合

單臺(tái)設(shè)備的能力無(wú)論怎樣強(qiáng)大，其資源總是有限的，一虛多虛擬化的能力也總是有限的。由于設(shè)備多虛一技術(shù)能夠擴(kuò)展資源，所以可以利用多虛一技術(shù)先將多臺(tái)設(shè)備虛擬化成一臺(tái)虛擬設(shè)備，然后將此一臺(tái)虛擬設(shè)備虛擬成多臺(tái)虛擬設(shè)備。如此稱為虛擬化組合。

咋看起來(lái)，虛擬化組合將多臺(tái)設(shè)備虛擬成一臺(tái)，然后又虛擬成多臺(tái)，是重復(fù)的過(guò)程?實(shí)際上，設(shè)備通過(guò)多虛一再一虛多，這期間是完成了一次蛻變。

第一，虛擬化組合可解決單臺(tái)設(shè)備一虛多時(shí)資源不足的問題。

例如，當(dāng)采用核心交換機(jī)虛擬化成多臺(tái)設(shè)備，供多個(gè)業(yè)務(wù)隔離使用。但一臺(tái)交換機(jī)的硬件資源(如端口數(shù)量)不足時(shí)，可以將兩臺(tái)核心交換機(jī)先按多虛一的方式做成一臺(tái)設(shè)備，然后再將此“一臺(tái)”設(shè)備進(jìn)行一虛多處理。這樣，兩臺(tái)物理設(shè)備的資源就可以加在一起而進(jìn)行統(tǒng)一分配。如下圖所示。

第二，虛擬化組合可在靈活分配資源的同時(shí)還可加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可靠性，充分結(jié)合了兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。

例如，通常為了加強(qiáng)園區(qū)網(wǎng)的核心節(jié)點(diǎn)的可靠性，采用兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行熱備或者負(fù)載分擔(dān)使用。正常情況下，兩臺(tái)設(shè)備都處于輕載運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)其中一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)設(shè)備則完全接管全部業(yè)務(wù)。

虛擬化組合應(yīng)用可以將此兩臺(tái)熱備的設(shè)備進(jìn)行多虛一處理，稱為一臺(tái)虛擬設(shè)備。給每個(gè)業(yè)務(wù)配置兩個(gè)跨機(jī)的捆綁端口，實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)。然后，根據(jù)業(yè)務(wù)需要采用橫向或者縱向虛擬化，將此“一臺(tái)”設(shè)備按一虛多方式虛擬成多臺(tái)設(shè)備。而實(shí)際上，每一臺(tái)虛擬設(shè)備內(nèi)部都是由兩臺(tái)互為備份的設(shè)備組成。如下圖所示。