數據中心以太網虛擬化的架構

　　網絡架構成了絆腳石

　　傳統數據中心以太網的典型架構是采用樹狀結構，按三層交換機制排列，從核心開始成扇形展開。這種設計來源于局域網架構，大概在10?15年前開始被數據中心所采用。當時，以太網風頭正勁，它取代了SNA、令牌環和DEC-Net等網絡。近10年來，隨著數據中心的不斷發展，網絡的不足之處開始暴露出來，包括性能不盡如人意、天生效率低下以及過于復雜等。在這些缺點中，真正阻礙構建虛擬化數據中心的是其復雜性。

　　復雜性源自樹狀結構這一根本性架構。網絡通常由多個自主的交換設備組成，這些設備通過共享協議協同工作。管理網絡不但需要管理交換機，還要管理交換機之間的相互關聯。隨著網絡容量的不斷擴增，網絡中交換機的數量也呈線性增加。不過，交換機之間潛在的相互關聯的增加與交換機數量的平方有關，可以用公式i = n*(n-1)/2來表示，其中i指潛在相互關聯的數量，n指被管理設備的數量?？梢钥闯?，被管理的相互關聯的數量成幾何級數增長，因而增加了網絡的復雜性，結果遏制了虛擬化的好處。

　　復雜性還限制了可擴展性。隨著數據中心網絡不斷添加新端口、連接設備和流量，管理上的復雜性成幾何級數增加，結果使龐大的第2層網絡域變得無法管理。為了限制復雜性，許多數據中心中的網絡被分隔成了多個物理網段。但遺憾的是，這恰恰有悖于渴望構建數量更少、規模更大的資源池的想法。另外，復雜性還遏制了網絡架構變化，或迅速重新配置網絡的能力，從而最終遏制了動態性。

　　簡化網絡架構

　　要克服網絡屏障，關鍵在于簡化網絡，從架構層面重新考慮網絡。下面是五個具體的辦法：

　　1.把物理網絡的數量減少到最低程度。對大多數公司來說，首先要把多個以太網網絡合并成一個物理網絡。新的數據中心橋接(DCB)功能結合虛擬局域網(VLAN)就可以分離流量，并確定流量優先級。另外，可能的話，把存儲流量合并到以太網網絡上，這可以通過使用NAS、iSCSI或基于以太網的光纖通道(FCoE)等協議來實現。

　　2.讓物理網絡扁平化。如今數據中心網絡大多數用三層交換機制構建而成，最新的技術可以消除聚合層，把網絡簡化至兩層，又不影響擴展網絡連接的功能。網絡扁平化可以減少需要管理的交換機和相互聯系的數量，大大降低復雜性，同時提高性能、降低成本。

　　3. 遷移到“網絡結構(network fabric)”架構。與傳統的樹狀架構相比，網絡結構架構的其中一個重要方面是，網絡結構中的所有單元都由單一控制平面(single control plane)來控制，其道理跟一個交換機中的所有端口都由單一控制平面來控制一樣。實際上，網絡結構是一組不同的物理單元，它們工作起來就像是一臺邏輯分布式交換機。

　　另外，網絡結構可以很自然地與動態資源池進行聯系。也就是說，虛擬端口(虛擬機與網絡之間的接口)在網絡結構中被定義或被配置后，網絡中的每個物理端口都了解該配置。如果虛擬機在網絡結構上遷移，虛擬端口配置會自動保存起來，虛擬機與其他聯網資源的連接關系也得到保留。這些聯網資源包括存儲系統、負載均衡器、安全設備和邊緣服務(路由器)。它還會自動保護流量分離機制，包括訪問控制列表(ACL)、虛擬局域網和策略定義。這些都增強了資源池的動態性。

　　4. 針對單點管理而設計。力求設計出這樣的架構：僅利用一套自動化工具，就能把虛擬和物理網絡的管理作為一項“任務”來處理。這有望消除不同的人負責配置虛擬和物理交換機(使用不同的工具或接口)時會出現的許多常見配置錯誤。如果這些配置不同步，就可能在最初配置虛擬機或遷移虛擬機時出現問題。

　　5. 規劃實施虛擬以太網端口聚合(VEPA)。VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregation，802.1 Qbg)是一項新興的開放標準，它有望改進網絡與虛擬化服務器之間的相互聯系。它讓交換這項任務從虛擬機管理程序中脫離出來，完全依賴于物理網絡。這樣，虛擬交換機就可以充當直通設備，消除了整個交換層，從而顯著減少需要積極管理的交換機和相互聯系的數量。它還有望改善支持虛擬機遷移的網絡信令機制，從而提高動態性。假設虛擬機管理程序和交換機支持VEPA，VEPA就允許在整個網絡上無縫遷移虛擬機。

　　為了獲得虛擬化的全部好處，并且能夠享用擴展性和動態性更強的資源池，我們需要重新設計數據中心網絡架構，著眼于消除其固有的復雜性。