揭秘云杉网络混合云核心技术:(一) 网络虚拟化架构

SDN in China

2015年5月8日

核心技术

为助力客户IT延伸至云端、帮助IDC转型、实现软硬件厂商开启云战略,云杉网络携手合作伙伴共同打造混合云生态。云杉网络之所以提出共同构建混合云生态,不仅因为开放共赢的情怀,更因为丰厚的技术底蕴。

云杉网络以SDN技术为核心,在SDN技术实力的支撑下,进行了一系列创新,其中首要是网络虚拟化架构。

Why:混合云为什么要做网络虚拟化?

因为构建混合云,云端需要提供满足用户业务需求的虚拟网络,还需要建立虚拟网络间及虚拟网络到用户网络的互联。

 

What:什么是云杉的网络虚拟化架构?

该架构,遵从物理到虚拟的设计思路。

  1. 物理资源
    网络层面,有三种物理资源:网关、交换机、服务器。分别构成网关资源池、交换机资源池、服务器资源池。
    网关资源池,提供虚拟网络之间的三层互联及隔离;
    交换机资源池,提供物理设备间的二层互联及隔离;
    服务器资源池,提供服务器内部的虚拟设备之间的二层互联及隔离。
  2. 虚拟化
    物理资源构成资源池,资源池则需要进行虚拟化。
    网关资源池按需提供虚拟网关,一个物理网关可以提供多个虚拟网关,多个物理网关可以组合一个虚拟网关;
    交换机资源池按需提供虚拟Fabric,一个物理交换机可以提供多个虚拟Fabric,多个物理交换机可以组合一个虚拟Fabric;
    服务器资源池按需提供虚拟交换机,一个物理服务器可以提供多个虚拟交换机,多个物理服务器上的虚拟交换机可以通过虚拟Fabric互联,构成虚拟网络vnet。
  3. 网络架构部署
    20160418-0上图展示的用户需求,实际部署中落在物理的世界里是这样的:
  4. 网络架构扩展
    一个子网可以分布在一个服务器上,也可以分布在多个服务器上。
    同一个数据中心可以有多个的租户,也可在一个租户跨数据中心部署。
    租户之间是有二层隔离的,不同的二层子网直接可以互联,如果要跨数据中心互联,则需要有VPN隧道。
    20160418-2

由此,构成了整个网络虚拟化的基础架构。此架构展示了虚拟网络如何部署,以及虚拟网络之间的连接,三层互联、vpn互联如何部署。

How:如何保证网络虚拟化的高性能?

通过实战经验及算法创新,实现网络虚拟化平台性能提升,我们从以下几个方面做起:
20160418-3

  1. 虚拟网关
    一个物理设备,变成多个虚拟设备。虚拟设备性能此时会下降。如何减少虚拟化对性能的影响?
    采用两种方式:一种是添加硬件加速;另一种是消除冗余的中间层。
    我们采用硬件加速卡和软件DPDK,此时,虚拟网关的处理性能有5到20倍的增长。消除冗余的中间层,例如去HyperVisor节省其对CPU的损耗。
  2. 交换设备
    一方面使用TCAM查找流表,利用算法控制流表大小。通过控制器严格限制交换设备上流表数目小于硬件TCAM芯片能处理的数目使硬件在可处理网络流量范围内,从而到达10-40G的高性能处理。
    另一方面,使用硬件的VxLAN/NvGRE加速,利用算法控制隧道数。VxLAN的隧道数是有限的,通过云杉的算法和统一控制、调度,使得隧道数控制在硬件可支持的范围内。这样保证物理交换设备在正常的状态下工作,从而保证性能。
  3. 服务器
    对于服务器,软件是关键。提高软件处理网络的性能,即提高了服务器端的交换机的性能。
    一方面,通过使用Packet Classification算法进行流表查找,动态注入流表,让每个虚拟交换机,即使处理大量的流表,也可以很快。另外应对突发事件,根据监控系统的检测,动态触发流表注入,从而使突发事件不影响整体性能。
    另一方面,不使用软件隧道、路由、加解密等方式,以避免在服务器上做过多网络协议的处理,减少占用CPU,让CPU更多用于虚拟交换机流表支撑,由此获得了更好性能。

How:如何保证虚拟网络的规模?

多个虚拟网关的扩展,通过分布式虚拟网关(DVG)和分布式虚拟交换机(DVS)实现。
20160418-4

  1. 分布式虚拟网关(DVG)
    通过网络负载均衡,让DVG的性能随硬件增加而线性扩展。
    通过控制器调度,让规则和状态在分布式系统中同步,保证管理的统一。从而使虚拟网关处理能力提高3倍。这都是基于云杉技术创新。
  2. 分布式虚拟交换机(DVS)
    实现一个虚拟子网如何能够跨机架、跨地域部署。
    通过VxLAN协议,弹性扩展虚拟网络规模。
    通过VLAN映射(OpenFlow及Open vSwitch共同实现),无限扩展虚拟网络数量。

以上,分享了混合云中的网络虚拟化架构,下期将带来云杉在SDN技术支撑下的创新——混合云中的企业级IT服务。

Related Posts

K8S的SDN容器网络解决方案及其价值

SDN in China

2019年1月21日

核心技术

关于容器网络的解决方案业界已经有较多的讨论,笔者无意继续赘述。本文从K8S的网络实现入手,重点阐述SDN再容器网络中的应用价值。K8S及其网络模型体现了鲜明的解耦设计思想,采用SDN技术实现K8S容器网络,并与相应的生态组件形成SDN监管控一体化解决方案,可以更好地提高整个系统的运营水平,更有效地提升企业的核心竞争力。

Read More

SDN云网分析中的服务拓扑与业务网络

SDN in China

2018年11月21日

核心技术

SDN云网分析基于服务拓扑和业务网络两个视角对数据中心的业务应用进行相应的用量、性能、回溯、安全等分析,是实现SDN白名单模式的细粒度网络与安全整体解决方案部署与运维自动化的基础和保证。

Read More