網(wǎng)絡虛擬化是一個過程,同時也是一系列技術(shù)的統(tǒng)稱;诰W(wǎng)絡虛擬化技術(shù),相關(guān)物理網(wǎng)絡資源被抽象、邏輯劃分和組合,并在此基礎(chǔ)上被調(diào)度和管理。網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)是網(wǎng)絡精細化運營的基礎(chǔ),由來已久,并非依存于云計算而發(fā)展,但云計算的發(fā)展與應用為其發(fā)展提供了新的契機。
網(wǎng)絡虛擬化概述
技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展
隨著“IP over everything, everything over IP”理念的深人,IP協(xié)議成為網(wǎng)絡規(guī)劃和建設的事實標準。因此,目前網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)研究主要集中在IP網(wǎng)絡虛擬化領(lǐng)域。IP網(wǎng)絡虛擬化的范圍從VLAN,VPN、虛擬路由器到邏輯路由器等,不一而足。從技術(shù)角度,IP網(wǎng)絡虛擬化可分為網(wǎng)元虛擬化、鏈路虛擬化和互聯(lián)虛擬化等;從應用角度,IP網(wǎng)絡虛擬化又可分為資源提供虛擬化、資源管理虛擬化和運營維護虛擬化等。
盡管IP網(wǎng)絡虛擬化的一個重要特征是軟件相對于硬件的獨立性,但該技術(shù)的迅速興起仍舊得益于硬件技術(shù)的發(fā)展,尤其是ASIC/FPGA/NP等芯片的發(fā)展。目前,虛擬化技術(shù)已從物理隔離虛擬化方式逐步發(fā)展至共享式虛擬化,在提升網(wǎng)絡彈性、管理性和資源利用率的同時,提供各種網(wǎng)絡通道服務。
現(xiàn)階段,IP網(wǎng)絡虛擬化主要體現(xiàn)為對物理網(wǎng)絡資源的抽象、切割和組合,最基本的網(wǎng)絡虛擬化方式包括資源切割、資源聚合以及虛擬連接等3類。
(1)資源切割
物理設備、鏈路或端口可以被劃分為多個邏輯單位,通過對邏輯單位內(nèi)資源進行調(diào)用和處理,網(wǎng)絡虛擬化可以提高網(wǎng)絡安全性和資源利用率,進而提升網(wǎng)絡設計和業(yè)務提供的靈活性。針對網(wǎng)元的虛擬化技術(shù)有虛擬路由器(VR)、邏輯路由器(LR)、虛擬路由和轉(zhuǎn)發(fā)實例(VRF)、虛擬交換實例(VSI)等;針對端口的虛擬化技術(shù)主要是子接口劃分。
(2)資源聚合
資源聚合技術(shù)可以將多個物理設備、鏈路或端口等聚合為一個邏輯單位,并針對這個邏輯單位進行操作。這種方式可進一步擴展網(wǎng)元/鏈路的容量與功能,并可提升網(wǎng)絡可靠性、可用性和管理性。針對端口或鏈路的虛擬化技術(shù)有鏈路聚合(LAG)和VLAN等;針對網(wǎng)元的虛擬化技術(shù)大致可分為同類網(wǎng)元聚合與異類網(wǎng)元聚合兩種。
相同類型的網(wǎng)元(如交換機、路由器等)聚合在一起屬于同類網(wǎng)元聚合范疇。緊禍合方式下,同類聚合的網(wǎng)元之間共享控制平面和管理平面,數(shù)據(jù)平面則分布于各物理網(wǎng)元上,從而實現(xiàn)容量和功能擴展,典型技術(shù)實現(xiàn)包括設備集群等;松禍合方式下,同類聚合的網(wǎng)元之間存在主備關(guān)系,通常為特定目的而聚合,如基于VRRP協(xié)議的可靠性提升等。異類網(wǎng)元聚合情況下,不同類型網(wǎng)元(通常是路由器與交換機)之間存在從屬關(guān)系,通過共享控制平面和管理平面,提高網(wǎng)元覆蓋范圍,進而優(yōu)化網(wǎng)絡管理,典型的技術(shù)實現(xiàn)方式如Cisc。公司所提出的Satellite解決方案。
(3)虛擬連接
虛擬連接技術(shù)通過增加報文開銷的方式在需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬啥私⑼ǖ,該技術(shù)是在IP網(wǎng)絡上開展廣域互聯(lián)業(yè)務的基礎(chǔ)。典型的虛擬連接技術(shù)包括GRE , L2TP ,LSP和PW等隧道技術(shù),在提升鏈路利用率、擴展性和業(yè)務安全性等方面具有重要意義。
雖然IP網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)千變?nèi)f化,但目前所有主流IP網(wǎng)絡虛擬化實現(xiàn)都是在上述3類虛擬化方式基礎(chǔ)上的優(yōu)化組合。以目前應用最廣泛的3層MPLS VPN為例,一個典型的MPLS VPN組網(wǎng)是由若干VRF及其之間的LSP組成的。通常情況下,如果廣域網(wǎng)絡上的所有路由器都支持MPLS,ISP隧道的形成不存在任何問題;當部分路由器不支持MPLS協(xié)議無法形成端到端LSP路徑時,就需要利用GRE隧道代替LSP,這就是MPLS VPN over GRE的技術(shù)實現(xiàn)。
云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)使信息化成為社會和個人的基本屬性,這對IP網(wǎng)絡的覆蓋范圍、擴展性和彈性等方面都提出巨大挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)在資源提供、資源管理和服務管理等方面優(yōu)勢明顯,已成為網(wǎng)絡運營和業(yè)務提供方面必需的技術(shù)手段,在業(yè)務發(fā)展和網(wǎng)絡演進過程中,IP網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)也將進一步發(fā)展。
(1)網(wǎng)絡控制層與轉(zhuǎn)發(fā)層進一步分離
網(wǎng)絡虛擬化技術(shù)可實現(xiàn)網(wǎng)絡控制層與轉(zhuǎn)發(fā)層的進一步分離,從而使得通過自動化技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡資源統(tǒng)管統(tǒng)分成為可能。例如,在Openflow等組織所提出的網(wǎng)絡模型中,傳統(tǒng)路由器/交換機等網(wǎng)元的控制層與轉(zhuǎn)發(fā)層被徹底分離:轉(zhuǎn)發(fā)層面的網(wǎng)元無任何控制功能,只根據(jù)流表進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);網(wǎng)絡的控制功能由控制器完成,控制器通過標準的接口操作控制轉(zhuǎn)發(fā)層面網(wǎng)元的流表,從而達到控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的目的。
(2)網(wǎng)絡的計算、存儲與傳送功能更趨融合
網(wǎng)絡虛擬化在推動網(wǎng)絡資源共享的同時,使IT與網(wǎng)絡的邊界更加模糊。例如,I/0虛擬化屬于網(wǎng)絡虛擬化范疇,而在虛擬化環(huán)境下,UO虛擬化技術(shù)又是虛擬機(VM)應用不可或缺的部分。IDC運營過程中,可借助I/0虛擬化,同時結(jié)合其他網(wǎng)絡虛擬化技術(shù),實現(xiàn)網(wǎng)絡接人邊界由交換機向服務器內(nèi)部的延伸,從而為虛擬機集群、遷移等應用提供保證。
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