云数据中心网络虚拟化技术的实现路径

卫永强

新疆质信通工程检测技术有限公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000

摘要： 云数据和传统的数据中心网络有很大的区别。总之，在云数据中心网络的建设中，需要考虑其安全性、可靠性、可扩展性、网络性能和可维护性，并采用先进的技术来提高资源利用率。此资源指的是虚拟化技术。通过虚拟化技术，我们可以为计算机提供高配置技术，这是系统高速可靠运行的重要保证。当前研究的重点是探索数据中心的网络虚拟化和跨数据中心的网络部署模式，通过实际应用阐述数据中心的网络部署，并总结部署中存在的问题。

关键词：数据中心，云计算网络虚拟化，跨数据中心互联

一、虚拟化技术：

虚拟化技术的主要基础是资源层次。将基础资源转化为逻辑资源，打破资源壁垒，掩盖资源差异，充分利用资源，灵活配置和快速移植资源。每个虚拟机之间有独立的网卡资源、内存和CPU，便于备份和迁移，能够快速响应应用系统的建设需求。随着服务器虚拟技术的发展，出现了虚拟应用、虚拟存储、虚拟桌面等多种虚拟技术。随着信息技术的发展，虚拟化技术逐渐出现在网络领域。由于其出现较晚，随着信息基础设施的建设，人们更加关注虚拟化技术的稳定性和可靠性，但对虚拟化技术的灵活性和经济性要求较低[2]。近年来，IT行业的硬件性能不断提高，虚拟化技术在其他领域也取得了一些成功经验。因此，在网络领域，IT工程师也越来越重视虚拟化技术，开发了链路虚拟化技术、网络设备虚拟化技术、路由虚拟化技术和端口虚拟化技术等一系列技术。

二、数据中心网络架构

云数据的基本特征是云基础架构具备灵活性、动态性和弹性特点，而数据中心作为云基础架构核心成分具备这一要求。云计算对数据中心网络提出了更高的要求，例如，当多个不同性质的虚拟机运行在同一台物理服务器上时，全部进出数据都占用同一个I/O通道，无法实现多用户差异化服务。网络虚拟化的目的是将计算/存储资源抽象并封装到便于调度和管理的逻辑单元中，以便虚拟化的计算资源和存储资源可以通过网络为所需的用户在逻辑上独立使用。

2.1传统数据中心网络的局限性

云计算技术使得数据中心业务的集中度、服务的客户数量远超传统数据中心，二层网络规模不断扩大，对网络的高带宽、低拥塞提出更高的要求。

(1)传统数据中心二层网络采用STP生成树协议，STP需要阻塞链路因而浪费带宽。

(2）云计算数据中心Server-Server流量很大，且需要二层网络。

(3)虚拟机迁移需要实现跨数据中心的大二层互通。

2.2数据中心内部网络虚拟化

数据中心内部网络虚拟化一般是对应用虚拟化、网络性能虚拟化、网络拓展性的虚拟化和强化。其中，应用虚拟化后不仅网络环境支持和承载的用量数两将会大幅度的增长 而且数据中心的运行会因为虚拟化的原因不断的动态增长 。网络性能虚拟化则是会提升服务器的利用效率 降低成本 减少能源消耗更能在程度上保证性能。网络拓展性虚拟化则可以使虚拟化数据中心具有调度和迁移的能力，且这种迁移的范围是可以在整个数据中心范围内的。

三、数据中心三层网络介绍：

3.1接入层

(1 )虚拟以太网交换机

虚拟以太网交换机位于虚拟服务器中，可以是硬件形式也可以是软件形式。其作用是能够为每个虚拟机被分配了一个虚拟网卡，在虚拟化的服务器中，每个虚拟机都变成了一台独立的逻辑服务器，它们之间的通信通过虚拟以太网交换机进行。

虚拟以太网交换机可以根据需要将同一服务器的虚拟机之间的流量通过外部接入交换机流转，从而同样可以做到流量监控、安全控制。

(2)端口扩展

接入层网络虚拟化的另一个重要形式就是端口扩展，从设备形态上即由物理交换机A和物理交换机a组成一个虚拟交换机系统，所有的流量都要经过物理交换机A交互，物理交换机a不提供本地交换能力，只是作为物理交换机A的端口扩展。二者组合的虚拟交换机中，物理交换机A是带转发芯片和交换芯片的主控板，而物理交换机a则是接口板，典型技术如CISCO FEX。

3.2核心层

核心层网络虚拟化，包括1:N及N1虚拟化形态。核心层网络设备虚拟化的目的主要是实现拓扑结构设计高可用性以及面向业务弹性的可伸缩低耦合设计。典型技术如CIScO vDcvSSvPC技术及H3C IRF技术。

3.3跨数据中心互联

1.云计算数据中心间虚拟机迁移需要实施两个或多个数据中心间的二层互联，跨数据中心互联方式主要有以下几种方式。

(1）光纤直连：将两个数据中心间的核心层设备通过光纤互联实现。

(2) VLL：点到点的虚拟逻辑链路技术，可以实现两个数据中心间的二层互通。

(3) vPLS：支持点到多点的虚拟链路技术，可以实现多数据中心间的二层互通。

(4) L2TPv3：支持两个数据中心间的二层互通。

(5) vPLSOGRE：基于IP核心网，可以实现多数据中心间的二层互通。

(6) oTVIEVI：这两种技术分别为思科和H3C的私有协议．属于“MAC in lP”技术，用于实现基于IP核心网络的二层隧道技术。

2．网络部署中出现的问题及解决方式：

(1）两个数据中心二层互联打通后，原有的业务VLAN Trunk 到另一数据中心后，有可能存在VLAN冲突，需要对两个数据中心整体统筹VLAN规划。

(2)由于核心层设备可虚拟化为1:N，网络逻辑结构将存在多种形式，需经过多方案比选，建议采用如下原则：路由条数最少，网络结构最简单。根据本项目的特点及需求，在防火墙性能满足工程需求的前提下，核心层设备不单独划分外部VDC，由防火墙直接与外部公网互联。

(3)基于IPS性能较低，背板容量约为10G，网络中将IPS置于防火墙之后，由防火墙担任对外防护的首层设备。但由于IPS需要串接在网络上，因此随着云数据中心业务流量的增大，IPS最终还是会成为网络的瓶颈点。

3.4服务器虚拟化

1.网络虚拟化：网络虚拟化就是虚拟网络链接在两个计算设备间不包含物理连接，且通过网络虚拟化来实现

2.存储虚拟化产品包括：（1）基于网络存储协议的虚拟化技术。这种虚拟化技术的应用需要高效的网络环境，但它能提供的服务不稳定，存储效果相对较差；（2） 基于物理分区的硬盘虚拟化技术使得硬盘虚拟化更加困难。空间容量难以有效调整；（3） 基于虚拟硬盘镜像文件的虚拟化模式可以实现镜像文件配置和属性的灵活调整；（4） 基于逻辑卷的虚拟化方法可以实现虚拟存储空间的灵活动态调整。

3.云计算中心虚拟化建设：

实现端到端数据中心应用与接入的相互隔离，实现业务的虚拟化建设。包括核心层虚拟化、接入层虚拟化、虚拟机网络交换。

三、结束语

随着计算模式和服务管理模式的创新，云数据对数据中心网络提出了新的要求，网络虚拟化技术的发展至关重要。本文分析了数据中心内部网络虚拟化和跨数据中心网络技术的实现，并通过实际应用说明了虚拟化网络部署中的一些问题和解决方案。可以预见，随着近年来我国科技水平的提高，网络虚拟化将在未来云数据中心中发挥越来越重要的作用，这不仅有助于实现数据信息共享，提高资源利用率，同时也为相关行业和企业创造一定的经济效益，带动行业发展。

四、参考文献：

[1]《云数据中心网络虚拟化技术实现及应用》于宝郡 2015.06.007

[2]《云数据中心网络虚拟化技术实现及运用研究》 马 涛 （武昌职业学院，湖北 武汉 430202）2017-05-25

[3]《网络虚拟化技术在云计算数据中心的应用分析》王晓萌（四川成都西南空管局，四川成都610200 ) :1003-97672018）12-041-02