由于混合云服務(wù)和容器的普及，現(xiàn)如今的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)比以往任何時候都更加難以被破解。但是如若遵循一條簡單的路徑，IT人員就可以成功。

在不太遙遠(yuǎn)的過去，數(shù)據(jù)中心內(nèi)的流量轉(zhuǎn)發(fā)其實(shí)很簡單。一個IP地址能夠與另一個IP地址互相通信。這些地址屬于端點(diǎn)——裸機(jī)主機(jī)或虛擬機(jī)與其他裸機(jī)主機(jī)或虛擬機(jī)的通信。這些IP地址之間的路徑被稱為數(shù)據(jù)中心交換機(jī)的路由和橋接表中的條目。

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如果一位工程師需要解決兩個IP端點(diǎn)之間糟糕的性能或奇怪的行為，一個很好的出發(fā)點(diǎn)是通過查看這些表來了解構(gòu)建兩者之間的路徑。等價多路徑和多機(jī)架鏈路聚合增加了這個過程的復(fù)雜性，但總的來說，運(yùn)營商們可以精確地找出任何給定的數(shù)據(jù)中心通信經(jīng)過的確切路徑。

幾乎沒有使端點(diǎn)之間的流量復(fù)雜化。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換，加密或隧道很少出現(xiàn)。這些類型的功能往往位于數(shù)據(jù)中心邊緣，與可信邊界外的設(shè)備進(jìn)行通信。

彼時的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是很簡單的，因?yàn)樾枨笠埠芎唵巍?/p>

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)看起來有所不同，因?yàn)闃I(yè)務(wù)需求已經(jīng)發(fā)生了改變。曾經(jīng)相對簡單的數(shù)據(jù)中心現(xiàn)在已然成為應(yīng)用程序運(yùn)行的統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)平臺。數(shù)據(jù)中心作為一個整體運(yùn)行;其是應(yīng)用程序交付的引擎。

越來越多的基礎(chǔ)架構(gòu)對開發(fā)人員及他們的應(yīng)用程序而言是透明的。徹底的現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施是開發(fā)人員在其之上部署應(yīng)用程序的抽象。資源池是按需分配的，開發(fā)人員不必?fù)?dān)心基礎(chǔ)設(shè)施的問題。相反，基礎(chǔ)設(shè)施只是工作。

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心還以分布式方式處理安全性，與動態(tài)的和拆除的工作負(fù)載相協(xié)調(diào)。不再需要通過中央物理防火墻來強(qiáng)制實(shí)施 安全策略。相反，構(gòu)建一個中央安全策略，并且一款安全管理器將該策略的相關(guān)部分安裝在受影響的主機(jī)、虛擬機(jī)或容器上。沒有基礎(chǔ)設(shè)施瓶頸阻塞點(diǎn)，也沒有難懂的路由要求來實(shí)施這樣的策略。

在一個較高的層面上，我們一直在描述私有云架構(gòu)。以這種方式抽象的物理基礎(chǔ)設(shè)施允許一個更簡單的與公共云的合作。因此，混合云架構(gòu)越來越受歡迎，其使得公眾云工作負(fù)載具備了與私有云工作負(fù)載相同的安全性和連接性。

分層

隨著混合云架構(gòu)成為新常態(tài)，重要的是要注意這些趨勢對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的影響。數(shù)據(jù)中心不再像以前那樣簡單的是一個IP地址與另一個IP地址之間的通信了，當(dāng)在出現(xiàn)故障時，路由和橋接表將協(xié)商離開。

提供現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心靈活性的基礎(chǔ)架構(gòu)機(jī)制依賴于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。推動這種復(fù)雜性是對工作負(fù)載隔離，實(shí)施服務(wù)策略和安全性的需要。因此，現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心看起來更像一個層層的蛋糕，而不是大量的IP地址。

在我們的層級蛋糕的底部是底層網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)是所有其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基礎(chǔ)。這也是對網(wǎng)絡(luò)工程師們而言最熟悉的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)他們進(jìn)入他們的路由和橋接表時，他們就看到了底層網(wǎng)絡(luò)——數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)。

然而，底層網(wǎng)絡(luò)本身并不能提供混合云所需要的一切。一個日益增長的需求是隔離的，其被稱為多租戶。一個租戶可以是一款應(yīng)用程序，也可以是一個業(yè)務(wù)單位或一個客戶。

一個租戶的流量通過虛擬可擴(kuò)展LAN(VXLAN)封裝技術(shù)與其他租戶的流量隔離。來自一個段的流量被封裝在VXLAN分組中，在該包裝器中通過網(wǎng)絡(luò)交付并且在另一側(cè)被解封裝。 VXLAN是第二層——覆蓋層，其在我們的基礎(chǔ)底層之上。

其不僅提供流量的隔離，而且VXLAN還可以用于通過網(wǎng)絡(luò)上的特定路徑路由流量。假設(shè)數(shù)據(jù)中心需要通過特定的防火墻和負(fù)載均衡器轉(zhuǎn)發(fā)流量。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中，防火墻和負(fù)載平衡器可能作為虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能而存在，可能存在于數(shù)據(jù)中心的任何地方。要將流量精確地路由到需要去的地方，VXLAN封裝可用于將流量流從設(shè)備傳輸?shù)皆O(shè)備，直到它們遍歷了所有必需的設(shè)備。

在我們的疊加層和底層蛋糕中，防火墻規(guī)則形成了另一層。一個中央策略管理器主機(jī)插入防火墻規(guī)則。每個主機(jī)最終都有自己的一組規(guī)則，用于控制進(jìn)出設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)。被稱為微分段，這是一個確保可擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心的安全的實(shí)用方法。

增加了更多的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的通配符是容器。容器集裝箱式網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)新興的技術(shù)，由命名空間、代理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)地址的轉(zhuǎn)換使容器能夠與彼此以及外部進(jìn)行溝通工作，這是另一層。

數(shù)據(jù)中心操作運(yùn)營人員們的麻煩

現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所帶來的復(fù)雜性對于數(shù)據(jù)中心操作運(yùn)營人員們而言是一個潛在的問題。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)問題都與連接或性能有關(guān)。兩個終端應(yīng)該能夠連接但卻未能連接是一類問題。但兩個終端連接之后不能按預(yù)期快速的實(shí)現(xiàn)通信則是一類不同的問題。

使用數(shù)據(jù)包走查方法(the packet walk method)來排除連接問題。從一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備到另一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，遵循數(shù)據(jù)包到達(dá)其目的地所需的路徑。當(dāng)實(shí)際IP端點(diǎn)已知時，這是直接的。

在現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心中，底層用于傳輸VXLAN或其他覆蓋包。除此之外，我們添加防火墻規(guī)則，然后可能添加網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換或代理服務(wù);數(shù)據(jù)包走查方法變得更加困難和充滿細(xì)微差別。為了診斷連接問題，數(shù)據(jù)中心操作運(yùn)營人員們需要知道數(shù)據(jù)包的來源和目的地——包括容器，虛擬機(jī)或裸機(jī)主機(jī)，管理該數(shù)據(jù)包的防火墻策略，數(shù)據(jù)包封裝和要遵循的服務(wù)鏈。

假設(shè)操作運(yùn)營人員了解應(yīng)用程序的流程，并且是在一家扁平化結(jié)構(gòu)的IT企業(yè)中工作，這并不是那么糟糕。但是，這也并不容易。在橋接和路由表中查找介質(zhì)訪問控制和IP地址只是更精細(xì)的故障排除過程的一小部分。除此之外，現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施通常是短暫的，操作運(yùn)營人員們可以解決過去過的難題，但卻無法重建。

性能挑戰(zhàn)甚至更難診斷。管理既定通信的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的絕對數(shù)量可能涉及一款虛擬操作系統(tǒng)、一個虛擬管理程序軟交換、一個虛擬防火墻、機(jī)架頂部交換機(jī)、脊柱交換機(jī)，然后反向一直到另一端點(diǎn)。

當(dāng)某些工作負(fù)載在公共云服務(wù)中時，問題將變得更加復(fù)雜。將基礎(chǔ)設(shè)施或平臺即服務(wù)放在其中意味著添加高延遲和額外的隧道到我們的故障排除過程。

業(yè)界的響應(yīng)

我們被IP問題所困住了。由于我們堅(jiān)持使用IP，同時需要額外的功能，覆蓋層就在此發(fā)揮其作用了。覆蓋層讓我們能夠引導(dǎo)和隔離流量，而且該功能很重要。借助該功能，我們可以將我們的基礎(chǔ)設(shè)施作為資源池，隨意添加和減少容量。這個問題成為管理我們添加到我們的環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的問題之一。

而網(wǎng)絡(luò)行業(yè)已經(jīng)通過幾種方式來應(yīng)對了這一挑戰(zhàn)了。第一是接受。如果我們認(rèn)可復(fù)雜性的存在，那么我們將提供工具，使我們能夠發(fā)現(xiàn)或可視化網(wǎng)絡(luò)上正在發(fā)生的事情。例如，思科為運(yùn)營商們提供了增強(qiáng)的工具，以便在基于應(yīng)用程序的基礎(chǔ)設(shè)施平臺上解決端到端連接問題。VMware公司最近收購了初創(chuàng)公司Arkin，Arkin公司提供了一款可視化的工具，將與防火墻策略以及VXLAN分段相關(guān)聯(lián)的工作負(fù)載，在GUI中與自然語言搜索引擎配合使用。

有效的故障排除和可視化工具已然成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心平臺中越來越重要的優(yōu)勢。然而，一些人則反對通過創(chuàng)建避免覆蓋的轉(zhuǎn)發(fā)方案(如果可能的話)來對該復(fù)雜性作出反應(yīng)。

例如，Romana.io開源項(xiàng)目依賴于分層IP尋址方案，結(jié)合基于主機(jī)的防火墻規(guī)則來創(chuàng)建分段和中央安全策略。開源項(xiàng)目Calico也是類似的。 Romana.io和Project Calico都很有趣，因?yàn)樗鼈兲峁┝宿D(zhuǎn)發(fā)方案，能夠規(guī)模化擴(kuò)展到大型數(shù)據(jù)中心，同時仍然能夠處理安全和分段需求，而且在這一過程中不會進(jìn)行覆蓋。

也許最大的問題并不是如何處理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，而是關(guān)于所支持的解決方案。有一種想法是，自動化的應(yīng)用將降低人工成本。作為一名在IT基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)界有著20年經(jīng)驗(yàn)的老手，我并不認(rèn)為這樣。巨大的復(fù)雜性當(dāng)然需要有很大的技術(shù)支持需求。當(dāng)這方面的魔法消失時，企業(yè)組織不會希望像他們的供應(yīng)商那樣暫時擱置問題。他們會想要有專業(yè)人士準(zhǔn)確的知道系統(tǒng)的相關(guān)問題，并做好準(zhǔn)備修復(fù)。