基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)探討

中興通訊 | 黃孫亮

基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)探討

中興通訊 | 黃孫亮

SDN能很好契合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的集中網(wǎng)絡(luò)管理、靈活組網(wǎng)多路徑轉(zhuǎn)發(fā)、虛擬機(jī)部署和智能遷移、虛擬多租戶、IaaS等方面的需求，適合在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心也迅速發(fā)展。尤其是云計(jì)算的發(fā)展，使得更多的應(yīng)用處理集中到云端，促使云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的規(guī)模急劇增長(zhǎng)。Google、微軟、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)公司新建的云數(shù)據(jù)中心規(guī)模都超過(guò)10萬(wàn)臺(tái)物理服務(wù)器。未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)流量將以云計(jì)算數(shù)據(jù)中心為核心，未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)將是以云計(jì)算數(shù)據(jù)中心為核心的網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)面臨的主要問題

隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的快速增長(zhǎng)以及云計(jì)算的部署，在網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)支撐、綠色節(jié)能等方面對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)提出了很多嚴(yán)格要求，具體表現(xiàn)如下。

● 集中高效的網(wǎng)絡(luò)管理要求

大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心普遍具有數(shù)萬(wàn)臺(tái)物理服務(wù)器，數(shù)十萬(wàn)臺(tái)虛擬機(jī)。如此大規(guī)模的服務(wù)器群需要數(shù)千臺(tái)的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，數(shù)萬(wàn)臺(tái)的vSwitch進(jìn)行連接和承載。這樣大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)需要統(tǒng)一集中管理，以提高維護(hù)效率；需要快速的故障定位和排除，以提高網(wǎng)絡(luò)的可用性。

● 高效靈活的組網(wǎng)需求

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，組網(wǎng)復(fù)雜，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，為了保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性和靈活性，需要設(shè)計(jì)冗余鏈路，保護(hù)鏈路，部署相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制。而現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)中大量采用的VRRP，雙鏈路上聯(lián)，SPT等技術(shù)，存在著網(wǎng)絡(luò)利用率低，容易出現(xiàn)故障，且僅能實(shí)現(xiàn)局部保護(hù)的問題。

● 虛擬機(jī)的部署和遷移需求

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心部署了大量的虛擬機(jī)，并且虛擬機(jī)需要根據(jù)業(yè)務(wù)的需要進(jìn)行靈活的遷移。這就需要數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別虛擬機(jī)，能夠根據(jù)虛擬機(jī)的部署和遷移靈活配合部署相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略。

● 虛擬多租戶業(yè)務(wù)支撐要求

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心需要為用戶提供虛擬私有云租用服務(wù)，租戶需要可以配置自己的子網(wǎng)、虛擬機(jī)IP地址、AC、管理自己的網(wǎng)絡(luò)資源。需要數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)支持虛擬多租戶能力，支持大量的租戶部署，實(shí)現(xiàn)租戶的隔離和安全保障等。

● 全面的數(shù)據(jù)中心IaaS要求

在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心中，云計(jì)算技術(shù)的引入，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源的虛擬化，為用戶提供了計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源的IaaS服務(wù)，但目前網(wǎng)絡(luò)資源還無(wú)法虛擬化按需提供，難以提供計(jì)算資源+存儲(chǔ)資源+網(wǎng)絡(luò)資源的全面IaaS服務(wù)。

目前的解決方式都是針對(duì)數(shù)據(jù)中心的特定需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，只能解決部分的問題，還停留在“頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳”的層面，尚無(wú)一種技術(shù)能全面滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的需求。

圖1 基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案

基于SDN的網(wǎng)絡(luò)方案分析

SDN技術(shù)能很好契合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的集中網(wǎng)絡(luò)管理、靈活組網(wǎng)多路徑轉(zhuǎn)發(fā)、虛擬機(jī)部署和智能遷移、虛擬多租戶、IaaS等方面的需求，適合在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。中興通訊基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案如圖1所示。

基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案主要有三大組件：SDN控制器、VM服務(wù)管理器以及IDC管理平臺(tái)。其中SDN控制器主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(包括駐留在服務(wù)器的vSwitch)的集中管理和控制；VM服務(wù)管理器主要用于實(shí)現(xiàn)VM的管理，包括了VM的創(chuàng)建、部署和遷移等；IDC管理平臺(tái)主要用于實(shí)現(xiàn)整體的協(xié)同和控制，主要實(shí)現(xiàn)了VM服務(wù)管理器與SDN控制器的協(xié)同，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。

基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案主要有以下的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

● 集中高效的網(wǎng)絡(luò)管理和運(yùn)維

SDN控制器擁有全網(wǎng)的靜態(tài)拓?fù)浼皠?dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)信息，可實(shí)施全網(wǎng)的高效管理和優(yōu)化，更有利于網(wǎng)絡(luò)故障的快速定位和排除。如在具有全網(wǎng)靜態(tài)拓?fù)浜蛣?dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)信息的基礎(chǔ)上，可開發(fā)專用的故障診斷工具，實(shí)時(shí)模擬網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)故障的快速定位和處理，極大提高了運(yùn)維的效率。

● 靈活組網(wǎng)與多路徑轉(zhuǎn)發(fā)

基于SDN的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)采用統(tǒng)一的SDN控制器實(shí)施控制，網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則和動(dòng)作由SDN控制器統(tǒng)一控制和下發(fā)，能有效避免環(huán)路，能根據(jù)業(yè)務(wù)的需求通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)流表的控制，實(shí)現(xiàn)多路徑轉(zhuǎn)發(fā)和負(fù)載均衡，大幅提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和利用率。

● 智能的虛擬機(jī)部署和遷移

虛擬機(jī)的部署和遷移需要網(wǎng)絡(luò)的配合。在基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案中，通過(guò)IDC管理平臺(tái)，VM服務(wù)管理器以及SDN控制器協(xié)同實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的智能化部署和遷移。當(dāng)某臺(tái)虛擬機(jī)需要遷移時(shí)，首先是VM服務(wù)管理器感知到，并向IDC管理平臺(tái)發(fā)出請(qǐng)求，提出網(wǎng)絡(luò)配合請(qǐng)求；IDC管理平臺(tái)受到網(wǎng)絡(luò)配合請(qǐng)求后，向SDN控制器發(fā)送網(wǎng)絡(luò)配合請(qǐng)求，SDN控制器實(shí)施網(wǎng)絡(luò)控制，將相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略下發(fā)到虛擬機(jī)遷移的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并撤銷虛擬機(jī)原來(lái)所在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略。從而實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了虛擬機(jī)遷移的自動(dòng)化，智能化。

● 海量虛擬租戶支持

針對(duì)海量租戶的承載需求，中興通訊基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心解決方案采用擴(kuò)展標(biāo)簽的方式，利用現(xiàn)有的MPLS標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)租戶的標(biāo)識(shí)，20bit的MPLS標(biāo)簽可滿足超大容量的租戶承載需求。同時(shí)，SDN控制器可實(shí)現(xiàn)很好的租戶的隔離，提供每租戶的虛擬網(wǎng)絡(luò)視圖、資源控制和安全保障。

● 計(jì)算+存儲(chǔ)+網(wǎng)絡(luò)的IaaS服務(wù)

基于SDN控制器，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化，按需提供；同時(shí)結(jié)合IDC管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了SDN控制器與VM服務(wù)管理器的協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源與網(wǎng)絡(luò)資源的無(wú)縫協(xié)同，向用戶提供按需的計(jì)算+存儲(chǔ)+網(wǎng)絡(luò)資源的IaaS服務(wù)。

基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案能充分滿足數(shù)據(jù)中心的規(guī)模部署和運(yùn)營(yíng)需求，具有很大的優(yōu)勢(shì)。但由于目前SDN技術(shù)尚處于發(fā)展階段，還不夠成熟，基于SDN的未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)方案需要考慮以下的問題。

1、DC管理平臺(tái)、SDN控制器、VM服務(wù)管理器之間需要協(xié)同，三者可能由不同的廠商提供，如何實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的互通是關(guān)鍵；

2、如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)向基于SDN的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，是網(wǎng)絡(luò)部署面臨的直接問題；

3、 SDN目前處于高速發(fā)展階段，技術(shù)方向和路線是否會(huì)出現(xiàn)大的變化，是需要持續(xù)關(guān)注的問題。