OpenFlow能解決私有云網(wǎng)絡VLAN問題么

在關于私有云網(wǎng)絡的文章中，我們首先探討了物理網(wǎng)絡是否影響私有云。本文我們將討論如何通過軟件定義網(wǎng)絡控制面板整合虛擬和物理交換層。

私有云網(wǎng)絡網(wǎng)絡必須在靈活性和動態(tài)性上優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡。實際上，私有云必須使用軟件定義網(wǎng)絡，建立一種服務與底層虛擬和物理基礎架構相分離的網(wǎng)絡，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡即服務(NaaS)。

然而，除了專有的實現(xiàn)技術，想要在使用多個供應商和多種虛擬機管理程序的私有云中實現(xiàn)NaaS/SDN，我們還需要解決很多問題。

私有云網(wǎng)絡：管理覆蓋虛擬和物理設備的VLAN

首先，私有云網(wǎng)絡具有兩個交換層：虛擬交換層和物理交換層。物理交換機是我們20多年來一直使用的以太網(wǎng)交換機。虛擬交換層是各種虛擬機管理程序的組件。大多數(shù)虛擬機管理程序架構都通過一個通用控制面板連接虛擬交換機，構成一個大型的分布式虛擬交換機。市面上現(xiàn)有的一些改進的虛擬交換機，以及仍在不斷發(fā)展的開放系統(tǒng)虛擬交換機都是：OpenvSwitch。

虛擬和物理交換機仍然是兩個不同的網(wǎng)絡實體，它們必須一同實現(xiàn)私有云。大多數(shù)網(wǎng)絡架構師使用VLAN連接這兩種設備，但是這要求物理和虛擬交換機處于鎖步狀態(tài)。

一種可行的方法是，在配置數(shù)據(jù)中心的所有線路和端口上配置所有可能的VLAN。然而，這種萬能方法可擴展性很差，而且具有非常大的配置錯誤風險，以及可能存在安全性和合規(guī)性問題。另一個方法是實現(xiàn)一種VLAN學習解決方案，動態(tài)管理虛擬和物理網(wǎng)絡的VLAN，特別是在VM發(fā)生遷移的時候。有一些解決方案很好用，但是它們是私有的。邊緣虛擬橋接(EVB)IEEE802.1qbg是一個正在開發(fā)的VLAN學習和映射標準。

NVGRE和VXLAN：支持3層協(xié)議VLAN

私有云網(wǎng)絡VLAN必須使用大規(guī)模橋接技術，才能支持VM遷移和通信。這種方法可擴展性差，也不支持3層協(xié)議負載分發(fā)。為了解決這些VLAN問題，目前有兩個得到多個供應商支持的協(xié)議可以使用：VXLAN(VirtualExtensibleLAN)和NVGRE(NetworkVirtualizationusingGenericRoutingEncapsulation)。VXLAN和NVGRE是IFTF草案協(xié)議，支持在IP層中封裝MAC層流量。通過利用更高層協(xié)議，我們就能夠在3層協(xié)議上分發(fā)負載，而VM仍然保留在2層網(wǎng)絡上。這種技術非常不錯，因為它打破了位置與身份之間的固有聯(lián)系。這意味著，即使VM移動了另一個子網(wǎng)，它仍然能夠保留原來的IP地址。這種方法可行，但是性能可能會受到一些影響。

VXLAN和NVGRE在私有云網(wǎng)絡中應用的缺點

對于實現(xiàn)更為動態(tài)和更具可擴展性的私有云網(wǎng)絡而言，VXLAN和NVGRE的出現(xiàn)是一個很大的進步，但是它們也不是完整的解決方案。它們是封裝的協(xié)議，還不具備控制面板。相反，它們還依賴于其他的網(wǎng)絡功能。例如，VXLAN依賴于與協(xié)議無關的多路廣播(UDPPIM)，而且建立VM之間的通信必須通過2層淹沒和動態(tài)MAC地址學習實現(xiàn)。

而且，VXLAN和NVGRE還無法解決在核心網(wǎng)絡擴展2層域所面對的基礎問題：“網(wǎng)絡長號”。即使兩個VM位于同一個交換機上，流量仍然需要先轉發(fā)到核心網(wǎng)絡，然后到達目的地，感覺就像是樂器長號的管子一樣。這就像是在使用學生火車優(yōu)惠票一樣，原先住在城市A，后來搬家到城市B，但是如果一定要享受優(yōu)惠，您也只能先買到城市A的票，然后再去新家所在的城市B。這樣的架構效率很低，而且無法擴展。最后，VXLAN是一個虛擬結構，無法連接到一些物理設備，如防火墻、負載均衡器等。

SDN能否解決私有云網(wǎng)絡的VLAN問題?

除了VXLAN和NVGRE，我們還需要一個強大的控制面板，用于整合虛擬和物理交換機。在開放標準方面，最令人興奮的是開放網(wǎng)絡基金會(ONF)的OpenFlow項目。OpenFlow將控制應用程序(控制器)從底層數(shù)據(jù)程序(交換機)剝離。

OpenFlow將會采用一種全新方法，實現(xiàn)虛擬和物理交換機之間的數(shù)據(jù)包轉發(fā)，從而不需要封裝、標記和VLAN，但是仍然支持多租賃、VM移動和可擴展性。這將真正成為交付NaaS作為私有云一部分的SDN。

但是，關鍵詞是“將來”，因為OpenFlow實現(xiàn)仍在變化中，而且進展不快。重點在于交換機供應商對SDN/NaaS和OpenFlow的支持。我們需要在私有云網(wǎng)絡中拋棄VLAN。VXLAN和NVGRE是其中關鍵的部分，但是它們不是最終的解決方案。

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