云计算

    云计算为超级数据中心带来的新特性

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        1.3无阻塞网络

      支持云计算的数据中心吞吐量极大的增加。由于云计算数据中心内部资源节点(服务器、存储、数据库等)之间的访问需求和交互流量相比于传统数据中心都将大大增加,所以云计算数据中心吞吐量会对组网技术提出了严峻挑战。另外,云计算数据中心经常采用分布式计算。分布式计算对数据中心的流量模型带来了巨大的变化,流量模型从以纵向流量(南北向流量,用户访问服务器流量)为主转变为以横向流量(东西向流量,服务器之间的流量)为主。

      传统的数据中心的网络架构多是基于树形的,下行和上行的带宽有收敛比。这样就会造成拥塞。在云计算数据中心,需要构建无阻塞的网络来满足流量需求。基于胖树结构的拓扑将被用于构建无阻塞的网络。胖树解决了树结构根节点易成为通信瓶颈的问题。胖树结构中,越接近根节点,链路的带宽越大。对于理想的胖树结构,上层链路带宽应为下层链路带宽之和。

      使用胖树结构的数据中心网络拓扑,要求每台边缘交换机和所有核心交换机都建立连接,同时,核心交换机和每台边缘交换机之间有且仅有一条链路连接。从边缘交换机到核心交换机之间的流量均衡是降低网络拥塞的关键。

      2 云计算数据中心的网络新技术

      为了满足前面所述的新需求,一些新的适用于云计算数据中心的网络技术也随之出现。这些新技术分别着重解决一个或多个问题。作为云计算数据中心的整体解决方案,很多技术需要联合使用。这些新技术有些还处于研究或者优化的阶段,随着业界对于云计算数据中心理解的加深以及商业模式或应用的拓展,可以预见更多的技术或者优化将会被提出及使用。

      2.1虚拟感知

      当越来越多的服务器可以支持虚拟化以后,接入层的概念不再仅针对物理端口,而是延伸到服务器内部,为不同虚拟机之间的流量交换提供服务,将虚拟机同网络端口关联起来。虚拟机之间的数据交换通常由虚拟交换机来完成,但内置在虚拟化平台上的软件虚拟交换机(VSwitch)无法被网络设备感知,甚至也不由网络管理员管理。所以这种使用网络不感知的虚拟交换机的方法无法实现虚拟机之间通信的流量监管、虚拟交换机端口策略等功能。支持一或多个虚拟机附着的端站称为EVB,每个虚拟机有至少一个虚拟机接口VSI,每个虚拟机可以和其他虚拟机通信,或者通过边界中继ER和桥接LAN上的其他虚拟机通信。传统的虚拟交换机在内部对于同一个物理服务器的不同VM直接可以直接进行流量转发,这种方式被成为VEB (Virtual EdgeBridging,虚拟边缘桥接)。除了VEB之外,一种新的方式VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregator,虚拟以太端口汇聚)也被制订。VEPA的核心思想是,将虚拟机产生的网络流量全部交由与服务器相连的物理交换机进行处理,即使同一台服务器的虚拟机间流量,也发往外部物理交换机进行转发处理。

      VEPA的目标是要将虚拟机之间的交换行为从服务器内部移出到上联交换机上,当两个处于同一服务器内的虚拟机要交换数据时,从虚拟机A出来的数据帧首先会经过服务器网卡送往上联交换机,上联交换机通过查看帧头中带的MAC地址(虚拟机MAC地址)发现目的主机在同一台物理服务器中,因此又将这个帧送回原服务器,完成寻址转发。整个数据流经历了一次回环((hairpin),而这在传统的交换设备上是不被允许的。

      EVB标准还定义了“多通道技术(Multichannel)”,可以使得VEB和VEPA同时存在于一台物理服务器,一个VEB或VEPA可以对应一个通道,这样为数据识别和流量管理,以及网络配置都提供了便利。

      为了支持上述功能的实现,相应的虚拟感知和发现协议也同时被定义。当一个虚拟机上线的时候,它需要通过VDP(虚拟机发现协议)来和相邻的物理交换机进行通告和配置信息交换。这样临近的物理交换机上可以感知到虚拟机的上线,并对于网络策略或参数进行下发和配置。

      除了IEEE 802.1Qbg以外,还有其他的一些机制和协议也用于虚拟感知和发现,例如IEEE802.1BR所描述的端口扩展技术。可以把虚拟端口统一映射到控制桥上,进行更集中的管理、配置和维护。

      2.2租户Overlay网络

      为了使得云计算数据中心可以支持大量的租户,租户Overlay网络的概念被提了出来。不同的租户之间流量隔离,且租户的数量远远大于传统12比特VLANID能提供的40%的租户数。在IP层之上提供一层overlay网络,使用特殊格式的封装即特殊的Overlay的报头来区分不同的租户。封装格式可以是多种多样的,例如VXLAN或者NVGRE的方式。无论Overlay的封装格式是怎样,它的核心思想都是映射加封装。

      某租户的VM1发送报文给同一租户的VM2的时候,边缘入口节点S1将来自于租户源VM1的报文目的地址(即VM2的地址)映射为传送报文的隧道的出口节点地址(即S2的地址)。人口节点S1将原始报文进行封装通过隧道传递后,出口节点S2将封装剥除,恢复出原始报文并传递给最终的目的VM2o这个流程里面主要涉及两个问题,一是封装格式,二是控制平面对于映射的管理。封装格式前面已说过,可以是多种多样。而控制平面的对于映射和隧道的管理,则需要有比较统一的方法。理论上来说,可以分为两类,自发学习或通过控制信令。

      自发学习的方法适用于比较小型的数据中心,类似于传统的2层地址学习。节点对接收到的报文进行内外层地址的对应关系学习,例如图4中S2上学习到(VM1, S1)的地址映射关系。自发学习的方法比较简单,但是通过控制信令的方式扩展性更好,更适用于大型的数据中心。隧道的端点需要通过控制信令来对注册和解注册相应的地址对应关系。VM在上线的时候它的地址和隧道的映射关系将被注册,在迁移的时候注册关系将被更新,在下线的时候注册关系将被删除。

      租户Overlay的方法可以使得网络本身对于租户内部的地址管理透明,策略可以根据租户来下发。租户的流量隔离将会在边缘节点基于租户ID来实现,突破了传统的使用二层以太网VLAN来隔离的租户数目限制。

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    • 第2页:云计算带来的网络新技术

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