資料中心網絡虛拟化技術概要

随着雲計算和大資料等新興應用的快速發展，“資料中心即計算機”(data center as a computer)的技術發展趨勢逐漸明朗。資料中心作為一台計算機，與傳統的高性能計算機具有很大的不同。在高性能計算領域，因為伺服器被獨占式的配置設定給租戶使用，是以其主要的優化目标是“算得快”。但是在雲計算領域，為了提高資料中心的使用率、降低其營運成本，伺服器整合(server consolidation)技術将成為常态。此時，伺服器内将同時運作不同租戶、不同應用的執行個體。一般來說，這些執行個體将以虛拟機或者容器的形式存在，進而大幅降低系統部署的複雜度、并提高其靈活性。

資料中心網絡作為資料中心的核心部件，對多租戶、多應用的生産環境的支援是必不可少的。為此，諸多挑戰需要被解決，例如虛拟化帶來的mac位址爆炸、二層網絡的擴充性和三層網絡不支援ip位址遷移的沖突、以及應用需求的多變性和網絡配置的複雜性之間的沖突等等。為了解決這些問題，研究人員提出了網絡虛拟化的概念。通過為不同租戶、不同應用建構互相隔離的虛拟網絡的方式，實作不同租戶和應用之間的位址空間和性能的隔離，進而滿足使用者對擴充性、靈活性和qos的多重要求。近幾年，資料中心網絡虛拟化技術得到了學術界和工業界的廣泛關注。特别是随着sdn技術的快速發展，各種sdn控制平台大多內建了網絡虛拟化的相關部件。

面對如此衆多的相關技術，對其進行全面、系統的梳理，并了解其核心機理，對于我們建構自己的資料中心網絡虛拟化平台具有重要意義。目前也存在一些針對網絡虛拟化技術的綜述文章存在，是以本文将力争站在不同的視角來審視這個問題，進而給讀者一些新的内容。關于文章的組織結構，一方面由于内容較多，另一方面我們希望在刊發的過程中能夠與讀者有充分的交流，是以我們将采用連載的方式來呈現。目前文章的組織結構如下，若讀者有更好的建議，我們也會适當的做出修改。

首先，以概要的形式介紹資料中心網絡及其所面臨的挑戰，進而說明資料中心網絡虛拟化技術的必要性和緊迫性。

其次，我們會介紹一些目前主流的資料中心網絡虛拟化平台，例如vmware nsx，ibm opendove，nec vtn和思科的nexus virtual services appliance等等。這一章的主要目的是通過對平台的介紹，使大家對資料中心網絡虛拟化技術有一些感性認識，并了解其主要功能。

再次，通過上面的分析之後，我們将明确建構一個資料中心網絡虛拟化平台需要解決哪些關鍵問題。針對每一個關鍵技術問題，我們将單獨采用一節來進行介紹。這主要包括：

1. 覆寫網絡技術或隧道技術。為使用者建構虛拟網絡，首先就需要為其建構隧道。目前較流行的隧道技術包括vxlan，vxlan-gpe，nvgre和stt等。這一小節中，我們将對上述技術進行讨論，并做必要的比較。

2. 配置管理技術。為了友善對網絡裝置進行配置和管理，必要的配置和管理協定是不可或缺的。本小節将對目前較流行的ovsdb，of-config和restconf協定進行比較和讨論。

3. 網關技術。虛拟網絡與非虛拟網絡，以及不同虛拟網絡之間的通信都需要利用網關技術，而本小節将對常見的dgw、egw和vgm等技術進行讨論。

4. 服務鍊建構技術。資料中心網絡虛拟化技術的一個重要的功能即靈活的建構服務鍊，進而確定不同的資料流流經不同的網絡功能部件、采用不同的服務政策。如何靈活的建構服務鍊以及典型技術，例如思科的vpath和ibm的pswitch等，将是本小節的主要内容。

最後，我們将對本文進行總結，并對資料中心網絡虛拟化方向的未來發展趨勢和未解決的關鍵科學問題進行必要的讨論。

作者：何妍 

來源：51cto