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数据中心网络的SDN解决之道

来源:机房360 作者:Mary编辑 更新时间:2013-8-9 12:00:21

摘要:云计算日渐成熟,越来越多的企业业务切换到云计算平台上,下一代数据中心网络到底什么样?SDN技术变革给出了一些针对数据中心的新思路,比如ONF的OpenFlow转发控制分离、IT厂商的软件化Overlay等,都试图从不同维度来解决数据中心网络的问题。那么,问题能否真正得到解决?

  数据中心网络的核心问题

  近几年数据中心网络正处于变革期,也是变化最快的几年:从GE服务器向10GE切换,网络从高密10GE汇聚向高密40G/100G演进,甚至于提出光交换背板;从最开始的虚拟网络vSwitch出现,人们还在争论网络边界的问题;从虚拟机迁移,网络策略是否需要快速迁移;从虚拟化需要大二层网络,是采用TRILL思路、SPB思路,还是现在的软件Overlay思路;从网络CT思路解决到转向IT思路解决;从常规解决方案思路到SDN思路。业界的各类论坛和交流无一不围绕着这些话题展开,那么数据中心网络到底面临着什么样的问题。归结起来如下:

  网络与云计算割裂的问题

  这个问题有两个方面:(1)网络设计和部署通常与业务并不会直接对接和相关;除业务安全和可靠性外,数据中心网络往往是独立设计、独立采购和独立部署。然而云计算业务就是需要将计算、存储和网络统一整合并协同,实现对用户的按需且自动地部署,快速支撑云计算业务的发放。(2)网络开放API通常比较底层和专业,这无疑给云业务直接调用这些API提供特色功能造成很大困难;显然割裂的网络是很难达成的。

  网络承载云计算的问题

  网络自身承载云计算业务面临着哪些问题和挑战,也就是说网络本质是连接,云计算业务到底需要什么样本质的连接。

  (1)网络无阻塞问题:随着企业业务数据量的增强以及云计算带来横向流量的增加,以及服务器从GE到10GE的接口切换,数据中心网络首先要面临的就是如何构建无阻塞交换的网络,如何满足任意点提供相同的业务服务,这是网络本质的第一步,也是SDN网络平台的基础。

  (2)网络虚拟化问题:云计算需要对网络资源进行调度,那么需要网络能够支撑虚拟化,尤其是针对租户的网络资源虚拟化,包括设备、二层、三层、增值业务等方面,尤其是弹性的二层网络虚拟化更加依赖新设备和技术支持,比如TRILL/SPB/VXLAN/NVGRE技术,由于依赖于芯片技术也使得这些技术方案成熟度和系列化方面比较欠缺。

  (3)网络体验问题:一直以来网络就是尽力而为、共享转发,的确没有很好的手段来解决端到端品质保证和有效故障定位。云计算时代的企业把越来越多的业务迁移到云平台上,终端的业务更加依赖于云中心提供的业务,具有良好品质保证、主动故障定位能力的网络就显得尤为重要。

  (4)网络平滑演进问题:SDN描述的未来网络是非常美好的,但如何从当前的网络迁移到SDN是企业客户最关心的问题,也是如何能够最大地保护用户的投资的问题。该问题分为两个方面,首先是如何最大价值的利用现有的网络快速享受到SDN带来的价值,现在有没有比较好的解决方案?其次就是当前建设的网络是不是SDN Ready的网络?

  SDN解决之道为了更好地解决数据中心的网络问题,华为一直在SDN方面做着积极的探索,并且也与合作伙伴针对这些问题在SDN上进行联合创新,比如腾讯SRP、阿里POAP、微软NVGRE等,并取得系列的成果。华为在实践的基础上,结合华为自身的优势技术实力,从以下4个方面来解决数据中心网络问题:

  云业务驱动分层的架构

  从实践中我们发现不同类型的用户和业务对网络关注点或诉求点不同,归纳起来分别为关注网络业务、网络资源、网络设备以及转发流定制。因此云业务驱动分层架构就是将SDN架构分为管理协同层、控制器层和设备层,对每一层的网络进行抽象,并将网络的每个层次能力开放出来,从设备、资源到业务层。提供给用户的接口也是由复杂到简单,用户可以根据不同业务诉求选择不同层次的API形成华为整体开放平台eSDK,其中eSDK将把RestFul/OpenFlow/Netconf作为重要接口,实现业务与平台的快速对接。云计算业务和平台也可根据实现情况选用资源层或业务层的接口对接,避免直接调用设备接口的复杂度,快速实现整体云计算业务的供应。

  华为也提出可编程交换机,更把设备的转发面开放出来,提供了网络更深层次的可编程,将硬件的更新周期缩短到接近软件更新的周期,使得网络更能适应云计算快速变化的需求,为用户的业务创新提供灵活分层、快速适应的SDN网络架构。

  统一网络虚拟化的架构

  网络虚拟化本质就是将网络资源灵活地划分、调度和弹性扩展,华为SDN的统一网络虚拟化就是将网络的二层连接、三层连接和增值业务进行统一的整合,统一由SDN控制进行管理和控制,网络层面采用归一的Overlay技术思路,很好地整合DC内、DC间和DC接入,也将虚拟网络和物理网络统一管理,利用SDN控制器进行统一的端到端的网络资源调度,为云计算业务提供快速端到端的业务发放。统一网络虚拟化架构将极大简化网络架构与承载技术,既保证了边缘灵活的接入,也保证了核心的高性能转发;由于采用归一化技术使得网络中间无需复杂的转换组网,使得网络更加简洁和高效,也使得网络弹性可扩展;由于统一由SDN控制器来区分和协同,也将进一步简化网络设备互通的复杂度,快速实现多中心快速对接和协同。

  云业务体验优化的架构

  华为云业务体验优化架构是一个即时感知、即时优化的动态架构,它是随着云计算业务和网络资源部署而部署的,并通过集中地管理和控制,针对用户业务进行定制化且实时管理和控制,即时感知网络和业务品质状态,利用集中控制对网络进行动态地调节,以满足用户云计算业务的端到端品质与运维的需求,该架构将真正实现对用户业务的即时业务品质感知、即时故障定位、即时修复网络、即时业务保证,其中采用华为独创的包守恒监控技术(IP Packet Conservation Monitoring),提出创新的思路业务实时品质感知和故障定位手段,使得网络在部署的时候就具有了业务品质感知的能力,实现对业务路径的丢包、延时和抖动进行实时监测。该架构是主动业务品质感知的网络架构,无需人工参与;主动业务修复的网络架构,即时调度网络资源满足端到端业务体验;网络调整和规划周期调整为实时。

  华为SDN的业务友好架构是一个演进的过程,分为局部监测和修复、全局监测与局部修复、全局监测和全局修复等循序渐进的阶段,华为目前已经攻克全局监测的难题即iPCM包守恒监控技术,可适用于任何网络和业务,并对网络实现局部修复提供参考和建议。

  可持续平滑演进的架构

  平滑演进即如何最大价值地利用现有网络。当前华为基于Cloud Controller提供数据中心虚拟机迁移自动化方案,把现有网络包括虚拟网络和物理网络进行统一管理和控制,并通过OpenAPI实现对主流控制器对接,实现网络策略自动化的迁移。Cloud Controller是华为数据中心SDN控制器的1.0版本,后续将在此基础上不断扩展和增强。华为与其战略合作伙伴,将充分利用现有网络,针对客户问题结合SDN提供完整解决方案,用成熟技术提前让用户享受到SDN的价值。

  华为将在新建网络架构中推出可编程交换机,其中很好内置关键POF技术(协议无关转发),SDN网络将提供由软件定义的高效的网络转发硬件设备。POF技术使得转发设备摆脱了对特定协议的直接支持。控制器和转发设备接口的抽象层次降低至更细粒度的报文转发操作指令(流指令集),使得转发设备不感知报文的协议类型,所有的报文转发业务将完全由控制器软件控制,对报文数据的读写访问均通过通用指令,由控制器指定数据的偏移和长度来进行。通过软件与硬件解耦可以使得转发面和控制面独立发展和演进,帮助用户不需进行硬件升级就可以快速部署新业务。华为可持续平滑演进架构将最大限度保护用户投资;华为基于现有网络提供成熟SDN解决方案,充分挖掘现有网络价值,提前让用户享受到SDN价值,同时华为提供SDN Ready架构让客户新建的网络就具有未来兼容SDN的能力,仅需软件升级即可支持SDN。

  结束语

  业界一直认为SDN将率先在云计算数据中心得到应用,也正是因为当前数据中心的网络存在与云业务割裂、网络虚拟化不成熟、体验差和无法演进等关键问题,无法适应开始成熟的云计算业务。正如有专家说过“看来网络又落后了”。从合作伙伴联合创新的实践中,从标准的参与中,以及从华为自身优势与关键技术突破中,华为提出数据中心SDN网络基础架构:(1)云业务驱动分层架构;(2)统一网络虚拟化架构;(3)云业务体验优化架构;(4)可持续平滑演进架构。真正让数据中心网络从封闭到开放,从硬件依赖到全部可编程,从零散技术到完整品质保证,从革新到渐进式演进,让网络不论从性能还是特性方面都赶上IT的发展速度。基于以上核心思路构建的华为数据中心SDN架构,依托于自研可编程硬件平台和数据中心控制器,利用iPCM、POF等关键技术,保留现有网络运行模式下混合Hybrid SDN实现对用户业务的全网即时监测、局部流量优化、快速定制化,提出为用户广泛接纳的渐进的SDN演进模式,避免全面革新的网络架构,最大限度地保护用户的投资,同时为用户全面进入云计算时代提供真正SDN Ready的网络平台。(华为数据中心产品与解决方案规划部部长 宁军/文)

  责任编辑:Mary

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