虚拟化计算的网络架构发展进程.pdf

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1、虚拟化计算的网络架构发展进程本文摘要虚拟化计算发展过程中，网络的界面被重新定义，数据交换实体也逐步发生变迁。而云计算网络阶段的管理与数据交换均在外部网络实体，虚拟机关联提供了自动化的网络服务能力，以EVB为代表的边缘虚拟化网络技术成为新一代主流技术，使得云计算的基础架构变成了一个计算资源、网络资源交互感知的架构，边缘虚拟网络在云的体系中成为业务控制的关键点。数据中心网络以支撑应用计算、对用户提供服务为业务目标，从传统IT运行到云计算，特别是大规模虚拟化服务的IT转变过程中，网络技术与架构也随之转变，网络功能从基本的互联

2、互通，逐步演进到灵活伸缩扩展、计算感知、自动化关联的云服务网络，支持针对虚拟计算资源识别与精确监管的高级属性。1网络与应用之间连接方式的阶段演进计算服务模式逐步发展的过程，经历了单纯的主机计算，到虚拟化初级计算、大规模虚拟化云计算三个阶段(如图1所示)。图1计算服务模式的三阶段第一阶段以主机为单位提供计算服务，即是非虚拟化的IT业务供应模式，运行单个操作系统，支持一个或少数几个应用。这种方式下，系统应用以物理端口方式联入网络，主机只具有作为计算终端的网络功能，全面的网络功能只在外部网络设备上。第二阶段出现虚拟化计算，单

3、个物理主机上运行多操作系统、多个应用(形成多个虚拟机)，各个操作系统的应用之间逻辑上完全分离。这种方式下，主机内应用需要被外部网络所访问，不同操作系统的应用之间也存在业务通信需求，如此，需要在主机内引入完备的网络功能，以支持不同虚拟机之间的网络交互。主机内的网络与外部网络之间相互独立，而以标准方式互联互通。第三阶段为解决云计算的虚拟机感知、控制、网络边界等问题产生了IEEE标准EVB技术支撑的虚拟机边缘接入网络体系(以及类似架构的私有技术体系如VN-Tag)。这种方式简化、消除了主机内的网络，将虚拟机直接逻辑上联入外部

4、网络上，所有网络功能又被推回至外部网络设备，同时外部网络可实现以虚拟机为目标的感知、控制、数据交换，从而可支持大规模虚拟计算服务的自动化运营。2各阶段的网络功能与架构方式·非虚拟化计算阶段计算的部署、设计都是以主机为单位执行，所有的业务系统都固定在已规划的网络端口。如图2所示，在网络层面，形成了模块化、标准化的设计和部署思路：若干主机形成的应用群成为网络模块划分的依据，一般来说，模块的归属在网关层设备上。针对每个主机的设计，如IP/网段、VLAN、流量监察、访问控制都在网关设备上集中体现。而对于主机的安全等级控制、深度

5、防御、应用加速、负载均衡、加解密卸载等4-7层业务，也是以模块为单位，在网关层进行部署。图2以主机为单位的网络模块化设计这是一种静态IT服务模式，在正常情况下，主机物理位置相对固定，网络结构和连接也是固定的，网络与计算之间是静态的、相对固定的物理性连接，在满足扩展性需求的前提下，数据中心的服务提供相对比较稳定。·虚拟化初级计算阶段计算技术发展超前于网络技术。计算服务提供不再以主机为基础，而是以虚拟机为单位来提供，每个虚拟机有自己的操作系统、应用软件;网络对虚拟机的识别，除了不能通过物理网线来判定虚拟机连接，虚拟机的IP

6、/网段、VLAN、ACL/QoS、流量、协议栈等属性与非虚拟化的应用主机是完全一致的。为了满足虚拟机的数据交换要求，服务器内部引入了网络功能，并且为了支持虚拟化环境的扩散性计算，如虚拟机的HA、大范围的虚拟机迁移、虚拟机的二层集群计算等特性，要求数据中心提供大规模的二层可靠性高性能网络环境，如图3所示。由于虚拟机的动态性，网络自身无法感知虚拟机的物理位置，物理网络已不能实施针对每个虚拟机的流量监察、VLAN固连、访问控制的功能，这些网络功能由物理主机内部的网络组件vSwitch来实现，而外部网络退化成一个透明性的交换架

7、构(图3VLL2:VeryLargeLayer2)。图3应对虚拟化初级计算的大二层网络vSwitch的引入，给数据中心运行带来了以下两大问题。网络界面的模糊。主机内分布着大量的网络单元vSwitch，这些vSwitch的运行部署有着巨大的工作量，在数据中心通常由主机操作人员执行，这形成了专业技能支撑的不足，而网络操作人员一般只能管理物理网络设备，无法操作主机内vSwitch，这使得大量vSwicth具备的网络功能并不能发挥作用，从而并存在运行管理的薄弱空间。对于服务器内部虚拟机之间的数据交换，在vSwitch内有限执行

8、，外部网络不可见，不论在流量监察、策略控制还是安全等级都无法依赖完备的外部硬件功能实现，这就使得数据交换界面进入主机后因为vSwitch的功能、性能、管理弱化而造成了高级网络特性与服务的缺失。虚拟机的不可感知性。物理服务器与网络的连接是通过链路状态来体现的，但是当服务器被虚拟化后，一个主机内同时运行大量的虚拟机，而此前的网络面对这