数据中心以太网虚拟化的架构

传统数据中心以太网的典型架构是采用树状结构，按三层交换机制排列，从核心开始成扇形展开。这种设计来源于局域网架构，大概在10?15年前开始被数据中心所采用。当时，以太网风头正劲，它取代了SNA、令牌环和DEC-Net等网络。近10年来，随着数据中心的不断发展，网络的不足之处开始暴露出来，包括性能不尽如人意、天生效率低下以及过于复杂等。在这些缺点中，真正阻碍构建虚拟化数据中心的是其复杂性。

复杂性源自树状结构这一根本性架构。网络通常由多个自主的交换设备组成，这些设备通过共享协议协同工作。管理网络不但需要管理交换机，还要管理交换机之间的相互关联。随着网络容量的不断扩增，网络中交换机的数量也呈线性增加。不过，交换机之间潜在的相互关联的增加与交换机数量的平方有关，可以用公式i = n*(n-1)/2来表示，其中i指潜在相互关联的数量，n指被管理设备的数量。可以看出，被管理的相互关联的数量成几何级数增长，因而增加了网络的复杂性，结果遏制了虚拟化的好处。

复杂性还限制了可扩展性。随着数据中心网络不断添加新端口、连接设备和流量，管理上的复杂性成几何级数增加，结果使庞大的第2层网络域变得无法管理。为了限制复杂性，许多数据中心中的网络被分隔成了多个物理网段。但遗憾的是，这恰恰有悖于渴望构建数量更少、规模更大的资源池的想法。另外，复杂性还遏制了网络架构变化，或迅速重新配置网络的能力，从而最终遏制了动态性。

简化网络架构

要克服网络屏障，关键在于简化网络，从架构层面重新考虑网络。下面是五个具体的办法：

1.把物理网络的数量减少到最低程度。对大多数公司来说，首先要把多个以太网网络合并成一个物理网络。新的数据中心桥接(DCB)功能结合虚拟局域网(VLAN)就可以分离流量，并确定流量优先级。另外，可能的话，把存储流量合并到以太网网络上，这可以通过使用NAS、iSCSI或基于以太网的光纤通道(FCoE)等协议来实现。

2.让物理网络扁平化。如今数据中心网络大多数用三层交换机制构建而成，最新的技术可以消除聚合层，把网络简化至两层，又不影响扩展网络连接的功能。网络扁平化可以减少需要管理的交换机和相互联系的数量，大大降低复杂性，同时提高性能、降低成本。

3. 迁移到“网络结构(network fabric)”架构。与传统的树状架构相比，网络结构架构的其中一个重要方面是，网络结构中的所有单元都由单一控制平面(single control plane)来控制，其道理跟一个交换机中的所有端口都由单一控制平面来控制一样。实际上，网络结构是一组不同的物理单元，它们工作起来就像是一台逻辑分布式交换机。

另外，网络结构可以很自然地与动态资源池进行联系。也就是说，虚拟端口(虚拟机与网络之间的接口)在网络结构中被定义或被配置后，网络中的每个物理端口都了解该配置。如果虚拟机在网络结构上迁移，虚拟端口配置会自动保存起来，虚拟机与其他联网资源的连接关系也得到保留。这些联网资源包括存储系统、负载均衡器、安全设备和边缘服务(路由器)。它还会自动保护流量分离机制，包括访问控制列表(ACL)、虚拟局域网和策略定义。这些都增强了资源池的动态性。

4. 针对单点管理而设计。力求设计出这样的架构：仅利用一套自动化工具，就能把虚拟和物理网络的管理作为一项“任务”来处理。这有望消除不同的人负责配置虚拟和物理交换机(使用不同的工具或接口)时会出现的许多常见配置错误。如果这些配置不同步，就可能在最初配置虚拟机或迁移虚拟机时出现问题。

5. 规划实施虚拟以太网端口聚合(VEPA)。VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregation，802.1 Qbg)是一项新兴的开放标准，它有望改进网络与虚拟化服务器之间的相互联系。它让交换这项任务从虚拟机管理程序中脱离出来，完全依赖于物理网络。这样，虚拟交换机就可以充当直通设备，消除了整个交换层，从而显著减少需要积极管理的交换机和相互联系的数量。它还有望改善支持虚拟机迁移的网络信令机制，从而提高动态性。假设虚拟机管理程序和交换机支持VEPA，VEPA就允许在整个网络上无缝迁移虚拟机。

为了获得虚拟化的全部好处，并且能够享用扩展性和动态性更强的资源池，我们需要重新设计数据中心网络架构，着眼于消除其固有的复杂性。