云數據中心網絡虛擬化技術的實現路徑

賈玉 張亞男

【摘? 要】當今社會，隨著科學技術的迅猛發展，信息技術實現了持續快速發展。在大環境的影響下，云計算與網絡虛擬化技術應運而生。該技術的產生和發展促使云數據中心網絡的變革與發展成為新一輪技術革命的核心內容之一。當前，IT行業對數據中心網絡的需求越來越大。基于此，論文論述了云數據中心網絡虛擬化技術的實現路徑。

【Abstract】In today's society， with the rapid development of science and technology， information technology has achieved continuous and rapid development. Under the influence of the general environment， cloud computing and network virtualization technologies are created in response to the times. The generation and development of these technologies has led to the change and development of the network for cloud data center becomes one of the core elements of the new round of technological revolution. Currently， the IT industry has an increasing demand for data center network. Based on this， the paper discusses the implementation path of network virtualization technology for cloud data center.

【關鍵詞】云數據中心;網絡虛擬化技術;實現

【Keywords】cloud data center; network virtualization technology; implementation

【中圖分類號】TP393? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）03-0195-02

1 網絡虛擬化技術的概念和特點

1.1 網絡虛擬化技術的概念

網絡虛擬化技術指不同用戶可以通過操縱同一臺主機，實現各種商業性質的使用和處理。最初，這項技術得到了大量軟件開發公司的高度關注，不過由于這項技術受到處理器功能方面的約束，這在一定程度上阻礙了相關軟件開發公司對其開發的進度。之后，由于以Intel為代表的軟件開發公司在技術上取得了進步和發展，在服務器功能方面得到了較為顯著的提升。

1.2 網絡虛擬化技術的特點

現代社會的信息技術非常發達，這為網絡技術的升級換代提供了便利條件，同時，促進了擁有強大計算能力的計算池的初步形成，這項技術可以對不同服務器之間存在的差異問題予以有效處理。通常情況下，這些數量龐大的物理服務器共同組成了一個云計算的數據中心，這些物理服務器可以對虛擬機下發運行命令，它們也可以完成對數量龐大的虛擬機下發同一指令。此后，隨著科學技術的持續發展和技術水平的不斷提升，云計算數據中心也得到了顯著拓展。在目前的社會和經濟條件下，在虛擬技術的支持下，云數據中心可以同時進行對數以十萬計的虛擬機的運用和控制。

2 網絡虛擬化技術的實現路徑

2.1 控制平面虛擬化

把所有控制平面融合成一個主體，然后再借助虛擬交換機對協議進行處理并且促使它們有機結合，這個過程就可以被稱為控制平面虛擬化。對控制平面按照其結構不同，可以分成兩大類別：第一類是縱向虛擬化的控制平面;第二類是橫向虛擬化的控制平面。以下對這兩個類別從概念和性能上進行詳細區分：

①縱向虛擬化技術，它指的是借助虛擬化技術把每個不同層次當中的設備進行融合，這個實現過程比較類似于下游的開關設備，主要是對于上游開關設備某種接口的拓展。通過虛擬化處理，可以達到控制平面的目的，再與轉發平面實現綜合，在上游設備當中進行集中。通常情況下，下游設備主要負責十分簡單的同步處理工作，上游設備負責的工作要比下游設備相對復雜一些，位于上游的這些設備還要負責報文以及轉發等其他相關工作。鑒于這種情況，可以把控制平面虛擬化技術看作一種集中形式的轉發交換機。

②橫向虛擬化技術則不同于縱向虛擬化技術，這個技術針對的是同一層次內具有相同類型的交換機設備，對這些設備可以實現虛擬合一。在這個過程中，控制平面作為縱向流程，它的功能實現需要利用主體，在這種情況下，處于轉發平面當中的所有盒子和機框也可以實現流量本地轉發和處理功能，這一過程被稱為典型意義上的分布形式轉發結構。從某種特定意義上來說，控制平面虛擬化從屬于虛擬交換機，它在同一時刻既能夠實現接口拓展，也能夠做到統一管理。

2.2 數據平面虛擬化

2.2.1 數據平面虛擬化的必要性

數據通信維度可以分為控制平面和數據平面這兩大類，這其中的數據平面可以看成數據轉發平面，數據平面的虛擬化技術往往要通過SPB協議和TRILL協議才可以實現，這兩個協議同時屬于控制協議，只要相關計算設備的有關拓撲路徑，在轉發時把初始報文的外層進行封裝之后，它會對所有的目的標簽進行轉發，在這個環節它會嚴格遵守協議的規定。換言之，可以理解為SPB協議和TRILL協議可以比作獨立的虛擬交換機，網絡報文往往是經過進出口實現內容的全部傳送，然而在內部進行轉發的過程可以看作沒有任何實際意義的動作。

2.2.2 數據平面虛擬化的優勢

從廣義的角度來看，數據平面虛擬化技術在虛擬對象關系上是多個對一個的，在二層網絡轉發時需要對規模范圍進行合理的拓展，針對網絡節點當中存在的不同的節點，要把這些節點進行虛擬處理，把它們處理為單個節點，通過對控制平面虛擬化技術的運用，其規模范圍大多達到個位層次，很少數的規模可以達到十位層次。在采用數據平面虛擬化技術之后可以讓其規模范圍輕易實現百位級別。

2.2.3 數據平面虛擬化的弊端及改進措施

雖然數據平面虛擬化技術有著獨特的優勢，但是它也有一定的不足，那就是在對報文進行相關處理時必須對控制協議進行選擇和應用，否則無法對報文進行有效處理。這在一定程度上增大了網絡的煩瑣度。此外，其在實現轉發處理時，涉及封包、解包等中間環節，會影響網絡轉發的速度，進而讓網絡處理效率明顯降低。在進行二層數據網絡模型的創立和建設時，需要考慮到以下問題：拓撲無環路、多路徑轉發等，并且針對這些問題還要實現集中處理，不過在傳統網絡中，其轉發工作只要具有STP協議就能夠實現無環轉發。當使用STP協議時容易引起多路徑冗余的現象，這樣就會造成部分路徑擁堵，不利于報文的轉發，勢必引起寬帶資源的鋪張浪費，從而為整網轉發帶來非常大的阻礙。面對這種情況，在對云計算中心網絡虛擬化技術進行開發工作時必須借助現代化水平高的技術來處理存在的環路問題，從而促進多路徑寬帶實踐和應用效率的顯著提高。可以采用以下具體技術手段：

①引入控制平面多虛一技術，這項技術能夠把核心層進行虛擬化處理，形成單一虛擬設備，再經由鏈路聚合，實現對于各個分散獨立的虛擬設備的連通，網絡邏輯結構便能拓撲成無環樹狀，并且能夠達到多樣化的路基轉發的要求。

②結合數據平面虛擬化技術，在核心層和接入層之間利用交換機進行相關，能夠把尋址協議用最快的速度引進來，從而以最快的速度實現標識封裝，最終從根本上解決12mp工作需求。

2.3 控制平面多虛一

目前，使用相對普遍的控制平面多虛一的技術是IRF和VSS。其中，IRF指的是需要借助數據中心交換機才可以發揮作用的技術，這項技術屬于私有技術。IRF與VSS技術的關鍵如下：

①IRF與VSS技術的工作方式主要依靠引擎，兩者的技術控制引擎接受相同的主控引擎操控，另外的引擎對其施加的操作可以發揮輔助作用，能夠看作主控引擎的備份。在實際工作環節當中，只要借助主控引擎就可以實現與表象同步相關的具體任務。當前，主流的虛擬交換裝置大多數是分布式交換，其對數據的轉發必須經過交換板才能實現。

②雙活檢測處理，假如link發生故障，存在于網絡虛擬物理器當中的雙活節點，就會造成在上游裝置和下游裝置區間產生IP網的混亂。假如在網絡當中提前進行了鏈路聚合設置，VSS協議就能夠借助LACP協議實現報文拓展的功能，同時，發布檢測通知，如果虛擬化物理器存在的接口非常多，出現問題時能夠及時采取措施，采用獨立線路開展監控工作。只要是專用鏈路出現問題，IRF和VSS的應用可以讓物理器時刻停留在備份狀態。除此之外，只有當全部接口都處于關閉狀態時，恢復鏈路的工作狀態之后，方能開始新的協商。

2.4 數據平面多虛一

通常所說的數據平面多虛一技術，指的是利用一層標識完成二層網絡報文相關外面封裝工作，進行尋址工作之后再實現轉發，在多路徑產生的負載問題能夠通過對其外層添加標識來實現平衡，這樣可以對環路問題進行有效解決。在當前階段，SPB協議和TRILL協議是最能夠體現行業標準性的協議。SPB協議實現轉發功能時利用的是動態規劃，在二層網絡的拓展方面存在非常大的壁壘，這是因為在這方面它依然選用相對傳統的網絡轉發形式，從而實現單播平衡負載的保障，另外，需要結合相關的軟件算法來對其進行定義。與之不同的是，TRILL協議完成互聯工作是通過對多鏈路的選用，多鏈路是能夠圍繞數據中心開展研發工作的一種新穎的技術，對于網絡當中出現的多路徑問題可以從根本上予以解決。

【參考文獻】

【1】呂忠亭，許小華，蔣遠輝，等.基于Overlay SDN的云數據中心網絡虛擬化技術研究[J].電腦與信息技術，2019，27（5）：48-50.

【2】楊約社.云環境下多租戶的網絡隔離的研究與實現[D].成都：電子科技大學，2019.