VXLAN技術(shù)下的數(shù)據(jù)中心通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

李業(yè)謙

摘? ?要：文章以VXLAN技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)基于VXLAN技術(shù)下的數(shù)據(jù)中心通信網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)展開研究，詳細(xì)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)說明不同VXLAN之間的APP報(bào)文、二層報(bào)文、三層報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)流程及主要特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：VXLAN技術(shù);數(shù)據(jù)中心;通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

某公司通過在不同區(qū)域設(shè)立兩個(gè)數(shù)據(jù)中心，兩大站點(diǎn)運(yùn)用裸光纖實(shí)現(xiàn)彼此互聯(lián)，兩個(gè)數(shù)據(jù)中心均存在鏈路下聯(lián)至分支機(jī)構(gòu)[1]，在A站點(diǎn)的主機(jī)IPA因?yàn)闄C(jī)房空間、存儲(chǔ)容量等因素，向B站點(diǎn)遷移時(shí)，應(yīng)當(dāng)確?？鐑纱笳军c(diǎn)的VMotion業(yè)務(wù)之間的連續(xù)性，并且要求服務(wù)器IP地址、網(wǎng)關(guān)地址以及MAC地址不可發(fā)生改變，因此在這一背景下，本文提出基于VXLAN技術(shù)的數(shù)據(jù)中心通信網(wǎng)絡(luò)。

1? ? 基于VXLAN技術(shù)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)

1.1? 技術(shù)路線選擇

一般情況下選擇兩種技術(shù)路線方式，一種是運(yùn)用四框虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)的大二層網(wǎng)絡(luò)，此種方式作為雙中心分別購置的4臺(tái)支持四框虛擬化換機(jī)，經(jīng)過對(duì)不同運(yùn)營商所提供的兩條新增鏈路，作為服務(wù)于雙中心交換機(jī)的獨(dú)立通道，實(shí)現(xiàn)了邏輯層面4臺(tái)交換機(jī)之間作為同一設(shè)備，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行管理有效優(yōu)化，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼右院喕?，避免?duì)于數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生了流量迂回，更能夠有效避免或減少寬帶損耗問題及維護(hù)成本[2]。另一種是大二層隧道技術(shù)，運(yùn)用VXLAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨廣域網(wǎng)二層互聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)互穿，且運(yùn)用三層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)二層報(bào)文傳遞，實(shí)現(xiàn)的大二層互通。

1.2? VXLAN報(bào)文

VXLAN報(bào)文是在原始二層報(bào)文至VXLAN隧道終點(diǎn)（VXLAN Tunnel End Point，VTEP）節(jié)點(diǎn)之后，被封裝至VXLAN包頭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，處于VXLAN網(wǎng)絡(luò)中能夠進(jìn)行VXLAN報(bào)文設(shè)備的封裝與解封，VTEP可以說是虛擬化Switch或物理Switch（見圖1）。將VXLAN包頭報(bào)文打上字目標(biāo)VTEP之后，會(huì)完成VXLAN包頭解封裝，最終獲取原始二層報(bào)文[3]。

2? ? VXLAN組網(wǎng)模式

2.1? 軟件模式

處于軟件模式下主要經(jīng)vSwitch功能，所以，vSwitch成為VTEP之后的可靠性會(huì)受到影響。具備了將硬件交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)平面這一優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，還能夠有效實(shí)現(xiàn)平面解耦作用，滿足軟件版本的快速迭代，縮減軟件迭代所需成本，且無需更換原本的硬件網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備。但存在的主要模式缺點(diǎn)，以vSwitch轉(zhuǎn)發(fā)性能問題為主，均由ASIC芯片實(shí)現(xiàn)硬件交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，作為一種專門為實(shí)現(xiàn)交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)所設(shè)計(jì)的芯片，但是由X86的CPU實(shí)現(xiàn)vSwitch轉(zhuǎn)發(fā)。所以vSwitch存在成為VTEP之后的性能可靠性影響，并且無法對(duì)物理服務(wù)器模式進(jìn)行管理[4]。

2.2? 硬件模式

對(duì)于硬件模式內(nèi)經(jīng)物理交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VTEP功能，具備的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)為：硬件交換機(jī)作為VTEP，能夠有效保障轉(zhuǎn)發(fā)性能，可同步管理虛擬化服務(wù)器、物理服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全部虛擬化平臺(tái)的完全兼容。但是具備的運(yùn)用問題就是在硬件兼容中，各設(shè)備交換廠商兼容解決方案難度較大，極有可能發(fā)生同一廠商綁死問題。再者就是硬件交換機(jī)通常都無法滿足VXLAN支持需求，所以這樣一來便極易出現(xiàn)硬件設(shè)備的大規(guī)模迭代故障。

2.3? 軟硬件混合模式

軟硬件混合模式相較于以上單獨(dú)軟件、硬件來講，作為一種比較折衷的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)基于虛擬化平臺(tái)的VTEP以vSwitch為主[5]，可以將物理VTEP交換機(jī)接入至物理服務(wù)器內(nèi)，能夠有效整合以上兩種模式的優(yōu)點(diǎn)，但也存在缺陷問題，即削弱了每種單獨(dú)模式的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)施難度較大，存在管理兼容問題?；A(chǔ)設(shè)施層（Infrastructure Layer，IL）：主要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即支持OpenFlow協(xié)議的SDN交換機(jī)組成，負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集;控制層（Control Layer，CL）：主要包含OpenFlow控制器及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Network Operation System，NOS），負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)平面資源的編排、維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)信息等;應(yīng)用層（Application Layer，AL）：包括多種業(yè)務(wù)與應(yīng)用，能執(zhí)行控制層的特定控制算法，以流命令的方式下發(fā)給基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備。

3? ? VXLAN報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)

在ARP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)中，類似于傳統(tǒng)以太網(wǎng)，在VTEP對(duì)VXLAN處理存在顯著區(qū)別，早期的ARP報(bào)文方式，在運(yùn)用中主要技術(shù)缺點(diǎn)包括產(chǎn)生了較多不可控組傳播流量，如今研究者對(duì)于基于SDN的控制協(xié)議逐漸加以運(yùn)用。

在二層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)中，Spine，Leaf二者之間能夠形成網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，滿足不同設(shè)備之間經(jīng)動(dòng)態(tài)化路由協(xié)議互聯(lián)，對(duì)于同一VTEP節(jié)點(diǎn)中經(jīng)Subnet的兩主機(jī)之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，無需再經(jīng)VTEP打VXLAN包頭。

在三層報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)中，只需將VXLAN三層網(wǎng)管概念引入即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同Subnet主機(jī)運(yùn)用三層網(wǎng)管路由，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加復(fù)雜化的問題進(jìn)行有效解決，極大地減少了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題，節(jié)約了上聯(lián)鏈路帶寬。

4? ? 詳細(xì)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

由于A站點(diǎn)服務(wù)器所在區(qū)域，至B站點(diǎn)的服務(wù)器區(qū)域，經(jīng)三層網(wǎng)絡(luò)層面主要實(shí)現(xiàn)路徑有兩條，能夠達(dá)到較高的冗余性，運(yùn)用VXLAN隧道直經(jīng)傳統(tǒng)三層網(wǎng)試下透傳，并運(yùn)用分布式VXLAN網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略部署，也就是A，B兩站點(diǎn)部署同等網(wǎng)關(guān)，并且任何數(shù)據(jù)中心完成全部服務(wù)器網(wǎng)關(guān)部署（見圖2）。對(duì)于運(yùn)用虛擬機(jī)遷移，可以經(jīng)VXLAN對(duì)IP/MAC型的主機(jī)路由發(fā)布后，隨虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)同步漂移。與此同時(shí)還可支持雙中心服務(wù)器匯聚交換機(jī)，經(jīng)EVPN VXLAN技術(shù)，完成二層網(wǎng)設(shè)計(jì)。對(duì)于交換機(jī)則設(shè)計(jì)三層互聯(lián)單層通道，運(yùn)用EVPN協(xié)議在三層連接基礎(chǔ)之上建立二層VXLAN隧道，對(duì)IP/MAC信息同步虛擬，雙中心部署分布式網(wǎng)關(guān)。遷移之前A站點(diǎn)VXLAN網(wǎng)關(guān)完成A主機(jī)路由器發(fā)布，經(jīng)電信線路向分支機(jī)構(gòu)訪問A站點(diǎn)。遷移之后在虛擬機(jī)對(duì)ARP請(qǐng)求發(fā)動(dòng)時(shí)，B站點(diǎn)VXLAN網(wǎng)關(guān)會(huì)對(duì)虛擬機(jī)上線提前感知，從而成功觸發(fā)本地ARP檢查。

5? ? 結(jié)語

基于VXLAN技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，在很大程度上有效優(yōu)化了大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)，并且經(jīng)過實(shí)現(xiàn)平面控制能夠?qū)W習(xí)MAC及ARP，對(duì)網(wǎng)絡(luò)泛洪問題能有效抑制，當(dāng)然該技術(shù)在未來還需要進(jìn)一步深入研究和逐步完善。

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