“网络虚拟化”技术在互联网数据中心的应用方案

郝亚飞 祁含

（中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司，黑龙江 哈尔滨 150080）

1 传统数据中心的网络系统的特点

(1) 随着业务的迅速增长，数据中心各系统中的网络设备种类繁多、并且零散分布，这种集成度低的网络架构无法提供高度的稳定性和可靠性。

(2) 由于系统种类的多样化，网络设备的零散的分布，也使得整体网络缺乏统一的建设和管理，而且缺乏有效的控制手段，这样同样给维护人员加大了工作量及工作难度。

(3) 同时由于网络设备的繁多，也对机房能耗、环境要求、配套要求、设备及线路安装等提出更高的要求。目前各大运营商虽在进一步努力加大对机房建设，加强对机房规范化管理和质量标准化，但面对现网已使用的数据中心机房，仍存在着严重压力。例如机房空间不足、机房局部过热、电源容量饱和等都成为目前普遍存在并难以解决的问题。因此传统的网络结构对数据中心未来建设和发展而言，也很难打造一个节能、环保的绿色的基础设施系统。

因此通过以上分析可以得出结论：一个合理的、优化的、绿色的网络架构，一个可靠的、稳定的系统，不但能够很好的满足客户需求，同时也节约了资金的投入和维护成本。更加为未来的竞争发展提供了可靠保证。

2 现代数据中心系统对网络的要求

人们对信息的需求是无所不在的。人们把数据存储在数据中心里，但数据的产生和使用可以在任何地方，包括Web、移动应用、分支机构、合作伙伴站点或 子公司。由于数据无所不在，因此，网络就成为数据中心的基础平台。

由于网络具有很多内在的性质，因而可以作为提供共享数据中心基础设施的基础。它能够触及到数据中心运作的方方面面，无论是远程还是分布式，都能以统一、一致的方式提供服务。因此同时无论何种类型的数据中心都必须具备高带宽，高密度、高管理性和高安全可靠性的基本要求。

目前在数据中心的最新研究方向是虚拟化。未来，所有的资源都透明地运行在各种各样的物理平台上，资源的管理都将按逻辑方式进行，完全实现资源的自动化分配，而虚拟化技术就是实现它的理想工具。

虚拟化技术相对来说是一种开源技术，目前很多企业已经掌握服务器运行的虚拟化技术，供应商正在推广将整个数据中心进行虚拟化的设想。这种设想就是，通过由新的虚拟化技术构建的数据中心平台，实现对服务器、存储设备与网络设备进行动态管理。虚拟化技术会成为运营中重要并且无处不在的因素，因而成为数据中心一种新形式的操作系统；“虚拟化技术颠覆对操作系统的传统看法，并给我们提供创建未来数据中心操作系统的机会。”

虚拟化技术同时也是一种节能技术，根据相关的研究显示，采用虚拟化技术使使用者节省高达70%的硬件投资。因为虚拟化技术可以帮助用户合并多种应用工作负荷，在单个系统上运行多种操作系统环境；优化应用开发，在单一系统上进行测试和开发; 提高系统可用性，在系统之间迁移虚拟环境。

3 网络虚拟化技术在数据中心的应用方案

3.1 网络虚拟化技术的介绍

3.1.1 方式一：VDC技术

虚拟化技术的方式一：可以将一台交换机能够提供多个虚拟设备环境（VDC）。虚拟设备环境特性能为每个物理设备创建多个虚拟设备实例，无限制地提供所有服务。硬件资源能在这些设备实例间划分。VDC在每个VDC实例间提供全面故障隔离和管理。每个实例的管理和运行都能独立于系统中的其他实例而进行。如下图(1)所示，一台设备可以虚拟成逻辑上的四台设备，在组网时两台设备可以实现过去多台设备才能达到的高可靠性和冗余功能。

例如图(2) 所示：每个虚线框内实际物理上是一台交换机，通过虚拟设备环境虚拟分区成两台交换机，做为核心交换机和下面一层的汇聚交换机交叉相连，从而相当于核心四台交换机与下层交叉互联，提高了可靠性和冗余性。

虚拟交换机 技术之一（VDC）示例

3.1.2 方式二：VPC技术

虚拟化技术的方式二： 在传统的数据中心二层环境中，上联端口为了避免环路，需要使用生成树协议来阻断一条链路，采用VPC(virtual port channel )技术，可以无须阻断一条链路，实现双上联，增加了带宽。更加详细地说： (VPC)是种基于堆栈的虚拟端口通道技术，当使用 VPC技术时上端的两个物理交换机对下端交换机而言相当于一台虚拟交换机，因为其简单化的机制使得原来的两台交换机形成环路的限制都不存在了。VPC使得两台核心交换机与下层交换机的连接链路全部处于激活状态，而且对两端交换机而言这些连接链路就是一条端口通道，成倍增加了互联带宽。

如下图所示：左边为传统上联形式，虽然是交叉上联，但只有一条链路工作，另一条为备用。右边为采用VPC技术后的双上联，实际是将两台交换机逻辑的虚拟成一台交换机，这样双上联的链路就不会产生环路，两条链路均可工作，提供了更大上联带宽。

虚拟交换机 技术之二（VPC）示例

虚拟交换机 技术之二（VPC）示例

4 网络虚拟化技术的优势

通过这种虚拟化工作，我们在数据中心可以实现非常方便的资源调配 （比如端口的调配、处理能力和转发表的调配），资源共享(电源的共享、转发能力的共享)，提高抗故障能力(把风险分散到多个物理实体中去)；甚至可以和服务器配合，实现按需配置的虚拟数据中心。这也是云计算技术的一个重要发展趋势。

逐步的网络虚拟化技术将是数据中心的重要组成部分。在整合数据中心结构中，我们会 对服务器进行虚拟化、对网络设备进行虚拟化，以满足应用交付的重构，还会对数据存储进行虚拟化，从而实现整体的数据中心虚拟化。未来，数据中心在虚拟化技术的驱动下，将会变得更灵活、更易管理、更安全、更低成本

5 网络虚拟化技术的应用案例

本节以某公司的数据中心为例。该公司在数据中心的网络系统部署了虚拟化功能，核心交换机能够将操作系统和硬件资源划分为模拟虚拟设备的虚拟环境VDC，利用 VDC技术可将汇聚层的核心交换机逻辑化分为两个区Outside VDC 和Inside VDC,这两个区分别通过万兆连接到对应的服务对象。 Outside VDC服务对象:低安全区、核心区, Outside VDC流量会强制被引导到外部网络服务区 。Inside VDC服务对象:高安全区,连接到内部的服务器和应用。外部网络服务区: 来自Outside的流量通过这个区进行流量安全检测和优化服务。先前需要通过4台交换机实现的功能，通过虚拟化技术可以通过2台交换机满足业务的需求，节省了硬件的投资成本。另外，在上行链路中启用了VPC 协议，可以达到双活的上行链路，增加了带宽。避免了链路的浪费。整个数据中心通过虚拟化的技术，比原先节省了投资30%。另外，虚拟化技术减少了设备数量，提高了链路的使用效率，因为减少了在使用成本，更加节能环保。

结语

综上所述，图虚4拟.3-化1已成为一种趋势，通过虚拟化技术，可以为企业降低硬件的投资成本，提高现有设备的使用率。在数据中心领域，通过广泛采用虚拟化技术，可以大大提高服务器、存储、网络资源的利用率，降低硬件投资和运营成本，为企业的发展提供竞争优势。虚拟化技术可以帮助企业打造出了更加高效、可管理性更高、资源配置更灵活的数据中心。不管是数据中心自身的整合与扩容，还是降低能源消耗，虚拟化技术在其中都承担了很重要的角色，使它成为下一代数据中心发展的关键。 下一代数据中心将会向着虚拟化的方向进一步发展，最终做到完全透明的虚拟化，让企业用户能够根据具体环境进行具体应用。

[1]BONIFACE M, SURRIDGE M,UPSTILL C.Position paper: Research challenges for the core platform for the future Internet[R].University of Southampton IT Innovation Centre.2010(1):1-9.

[2]HUSTON G.Analyzing the Internet's BGP routing table [J].The Internet Protocol Journal, 2001,4(1):2-15.