網(wǎng)絡設備在虛擬化后是否依舊可以快速提供良好的性能?這是目前大家最為關(guān)注的問題之一。下面就討論一下傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備和虛擬化后面臨的問題以及怎樣使用網(wǎng)絡設備才能提供實時管理監(jiān)控，保護SDN/NFV網(wǎng)絡的安全。

虛擬化的性能瓶頸

虛擬化進程中，服務器虛擬化和存儲虛擬化因為大部分屬于軟件技術(shù)，發(fā)展較為迅速，并快速商用。網(wǎng)絡虛擬化，是對網(wǎng)絡資源如端口、帶寬、IP地址等進行抽象，并支持按照租戶和應用進行動態(tài)分配和管理。網(wǎng)絡虛擬化因為網(wǎng)絡標準、網(wǎng)絡處理芯片更新周期長而發(fā)展較為滯后，成為數(shù)據(jù)中心虛擬化過程中的難點和關(guān)鍵點。網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)走過了一條由軟件到硬件、由服務器內(nèi)部到物理網(wǎng)絡的發(fā)展道路。

從很多方面來看，現(xiàn)在對網(wǎng)絡設備虛擬化已經(jīng)做的比較完善了，可以基于標準的x86架構(gòu)的服務器硬件設備運行與之匹配的應用，但是性能卻一直不盡如人意。不過，即使是物理網(wǎng)絡設備，高速運行時性能也不太理想。這就是為什么大多數(shù)高性能設備使用分析加速硬件。盡管分析加速硬件釋放CPU進行分析處理，但大多數(shù)網(wǎng)絡設備依舊會將所有CPU處理能力用來執(zhí)行任務。

從虛擬化角度來看，設備的虛擬化只能實現(xiàn)到一定程度。如果待處理的數(shù)據(jù)速率和數(shù)據(jù)數(shù)量比較低，那么就可以使用虛擬化設備。一旦數(shù)據(jù)速率和數(shù)量上升，對虛擬設備的處理需求就會提高。首先，這就意味著虛擬化設備需要單獨訪問所有可用的CPU資源。即使那樣，使用標準NIC接口的虛擬化設備還是會遇到與物理設備一樣的問題，例如丟包率、時間戳精確性、跨多個可用的CPU內(nèi)核的有效負載均衡等方面的問題。

虛擬化性能優(yōu)化的努力

服務器虛擬化通過嵌入在基礎(chǔ)物理服務器和操作系統(tǒng)之間的中間軟件層Hypervisor實現(xiàn)，其接管操作系統(tǒng)對CPU、內(nèi)存、I/O資源的控制，為每個VM(Virtual Machine，虛擬機)分配一定的資源，并實現(xiàn)VM之間的隔離和通信。Hypervisor提供一個或多個模擬物理交換機的軟件虛擬交換機vSwitch(Virtual Switch)來進行VM之間的通信，并為每個VM分配一個虛擬網(wǎng)口和一定的帶寬。vSwitch除了具備物理交換機基本的MAC學習和轉(zhuǎn)發(fā)、VLAN功能外，還具有配置靈活和成本低廉的優(yōu)點。由于vSwitch通過軟件實現(xiàn)，其分配的網(wǎng)絡資源實際還是由服務器CPU資源來保證。

軟件虛擬化交換機(包括I/O加速的vSwtich)雖然有部署靈活和便宜的優(yōu)點，但也存在著一些缺點：第一，性能提升受限于CPU以及網(wǎng)卡的I/O架構(gòu);第二，軟件交換機實現(xiàn)的網(wǎng)絡功能相對簡單，只實現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)功能，被稱為VEB(虛擬網(wǎng)絡橋)，缺少交換控制、網(wǎng)絡監(jiān)視、QoS、安全等功能;第三，管理界限模糊，軟件交換機運行在服務器內(nèi)部，而服務器管理團隊對于網(wǎng)絡理解不深;第四，VM和vSwitch數(shù)量激增帶來的管理難題。為進一步優(yōu)化性能、簡化管理并繼承傳統(tǒng)交換機特性，網(wǎng)絡設備商和相關(guān)標準組織提出邊緣交換機虛擬化技術(shù)，把VM交換功能再進一步由網(wǎng)卡卸載到物理交換機上來。涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregator)/Multi-Channel和PE(Port Extender)兩種，分別由IEEE 802.1Qbg和IEEE 802.1Qbh(現(xiàn)由IEEE802.1BR替代)兩個標準定義和推動。

物理和虛擬的融合

事實上，物理設備即使虛擬化也無法擺脫曾經(jīng)面臨的那些問題，需要將這些問題一一解決。解決方法之一就是考慮采用物理設備監(jiān)控、保護虛擬網(wǎng)絡。虛擬化感知網(wǎng)絡設備可以作為“服務鏈”的環(huán)節(jié)同虛擬客戶端一起充當服務定義的一部分。這就要求網(wǎng)絡設備能夠識別虛擬網(wǎng)絡，目前這個工作由大部分高性能設備和分析加速硬件所支持的VLAN封裝技術(shù)完成，確保設備提供與具體VLAN、虛擬網(wǎng)絡相關(guān)的分析功能。

在向SDN、NFV階段性轉(zhuǎn)移的過程中這個方法顯得尤為實用。人們廣泛的認為目前高性能的功能很難在實現(xiàn)虛擬化的同時保證性能幾乎不損耗。因此，務實的解決方案所倡導的SDN和NFV管理、編排方法既考慮了物理網(wǎng)絡元素又考慮了虛擬網(wǎng)絡元素。這樣一來，策略和配置無需考慮資源是否虛擬化了，只需要使用相同的機制即可。

因此我們應該想到的是，引進SDN和NFV需要一個通用的架構(gòu)以及通用的接口和拓撲機制，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡安全解決方案和新的解決方案結(jié)合起來。只有這樣，才能隨時、隨地虛擬化網(wǎng)絡功能并且不影響整個網(wǎng)絡架構(gòu)和進程。