分析:數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡技術領域道路之爭

時間:2011-07-18

來源:廣州市雙楚機電設備有限公司

導語:現(xiàn)在,在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡技術領域,也同樣出現(xiàn)了開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)兩條路線之爭,我們下面分析一下這種技術之爭的來龍去脈

      IT的發(fā)展歷程是一個螺旋上升的過程。早期的大型電腦時期,IT是及其專業(yè)的領域,所有的電腦系統(tǒng)都是封閉系統(tǒng),一個公司提供了從硬件到軟件及維修甚至軟體改版升級的服務,可以說那時系統(tǒng)的封閉是由于整個產(chǎn)業(yè)的不完善所造成的。但是整個IT產(chǎn)業(yè)卻不斷朝向開放的道路上前進,自從IBM PC標準開放以來,IT產(chǎn)業(yè)迅速成熟,時至今日完全改變了社會信息的傳遞模式。標準化的系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)迅速成熟,是因為在開放的系統(tǒng)中,標準是由幾個大廠主導協(xié)商出來的,標準制定的過程可以看見各種妥協(xié)的影子,甚至有不同的標準互相競爭。理論上經(jīng)過這種自由市場的運作機制,因為競爭激烈,消費者可以享有最好的標準化產(chǎn)品。而相反封閉系統(tǒng)的廠商在今天產(chǎn)業(yè)分工高度專業(yè)化和細化的背景下,將導致技術的進步幅度及其緩慢,也難以形成規(guī)模。

      現(xiàn)在,在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡技術領域,也同樣出現(xiàn)了開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)兩條路線之爭,我們下面分析一下這種技術之爭的來龍去脈。

道路之爭一:VEB vs VEPA

      隨著商用虛擬化技術的成熟和x86 CPU性能的發(fā)展,越來越多的數(shù)據(jù)中心開始向虛擬化轉(zhuǎn)型,新一代數(shù)據(jù)中心一個典型的特點是從“物理服務器互聯(lián)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤摂M服務器”互聯(lián)。虛擬化給數(shù)據(jù)中心帶來了服務器整合、業(yè)務連續(xù)和彈性等特點,同時也給數(shù)據(jù)中心帶來了新的挑戰(zhàn),即如何實現(xiàn)針對虛擬機的邊緣虛擬橋接(Edge Virtual Bridge)。

      慣性的解決思路是通過軟件的方式,通過服務器內(nèi)部平臺解決,也就是所謂的虛擬邊緣橋接(VEB, Virtual Ethernet Bridge)。所謂VEB就是在一個物理終端工作站/服務器上支持多個虛擬機的本地交換,通常是通過軟件模擬一個虛擬交換機來實現(xiàn)。例如作為推動X86平臺虛擬化的始作俑者,VMWare在其vSphere平臺內(nèi)置了虛擬交換機vSwitch,甚至更進一步,實現(xiàn)了分布式虛擬交互機VDS(vNetwork Distributed Switch),為一個數(shù)據(jù)中心內(nèi)提供一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡接入平臺,當虛擬機發(fā)生vMotion時,所有端口上的策略都將隨著虛擬機移動。但是其存在兩個根本的問題:

      虛擬交換機的功能過于簡單。目前的vSwitch最多只是一個簡單的SOHO級二層交換機,只是解決連通問題,沒有ACL策略、沒有流量監(jiān)管、更別說QoS。當然這方面的原因主要是因為網(wǎng)絡并非 VMWare所重點關注的領域。

      網(wǎng)絡和主機管理界面模糊。多個虛擬機的數(shù)據(jù)交換都集聚于一個物理出口,虛擬服務器端口和實體網(wǎng)絡端口之間不再是一一對應的關系,從傳統(tǒng)網(wǎng)絡管理者的角度出發(fā),原來的一系列網(wǎng)絡策略都是基于端口部署的,而現(xiàn)在則無法使用同樣的方法部署,極大的增加了管理成本和難度。而目前的主流虛擬平臺上,都沒有針對網(wǎng)絡管理和配置的獨立界面,這就造成虛擬化服務器一旦出現(xiàn)問題,不僅故障定位需要更多時間,而且管理人員(網(wǎng)絡管理者和服務器管理者)的權責定位及分工也會處于混亂狀態(tài)。數(shù)據(jù)中心的接入層網(wǎng)絡已從物理的實體網(wǎng)絡延伸至服務器的虛擬機實例,必須要實現(xiàn)對虛擬機網(wǎng)絡端口的對應接入。

      業(yè)界網(wǎng)絡巨頭思科公司針對EVB提出了幾種不同的解決方案路線,其中一個很重要的路線就是增強型VEB,具體點講就是用CISCO自己的nexus 1000v軟交換機代替vmware的vswitch,嵌入到VMware的虛擬化平臺上去。這樣一來,思科聲稱可以實現(xiàn)專業(yè)的虛擬交換機,這些nexus 1000v虛擬交換機具有思科交換機豐富的功能特性,同時可以實現(xiàn)和思科物理交換機的統(tǒng)一管理。思科公司在市場營銷也對nexus1000v解決方案投入了大量的人力物力,使得這個方案聽起來很美,但是實際情況呢?仔細的分析一下,我們可以看到這個解決方案存在下面的問題。

      還是沒有解決網(wǎng)絡和主機管理界面模糊的問題。Nexus 1000v作為用服務器CPU模擬的軟件交換機,使得虛擬機的交換界面還存在主機內(nèi)部,根本無法實現(xiàn)“網(wǎng)絡的歸網(wǎng)絡,主機的歸主機”這樣的厘清管理界面的目的。
nexus 1000v是用CPU來模擬的軟交換機,需要服務器額外開銷,存在著交換性能低下的問題,并且可能造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。

      最重要的問題,思科這個解決方案是一個封閉體系的解決方案,目前可以看到其只支持VMware虛擬化平臺,針對其他虛擬化平臺,如xen和hyper-V目前沒有看到有相關的解決方案。

      在某種程度上可以說思科利用其在業(yè)界的技術品牌優(yōu)勢,通過對一個封閉體系的解決方案進行大力營銷,是一種對客戶進行某種程度的“綁架”,使得客戶失去了選擇權。

      因此,業(yè)界需要一個開放、標準、簡單的解決方案。這時VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregator)標準就應勢而出。VEPA是HP協(xié)同H3C向IEEE提出的新一代數(shù)據(jù)中心虛擬接入解決方案標準草案,其目標是要將虛擬機之間的交換從服務器內(nèi)部移出到接入交換機上。工作原理如下:當兩個處于同一服務器內(nèi)的虛擬機要交換數(shù)據(jù)時,從虛擬機A出來的數(shù)據(jù)幀首先會經(jīng)過服務器網(wǎng)卡送往上聯(lián)交換機,上聯(lián)交換機通過查看幀頭中帶的MAC地址(虛擬機MAC地址)發(fā)現(xiàn)目的主機在同一臺物理服務器中,因此又將這個幀送回原服務器,完成尋址轉(zhuǎn)發(fā)。整個數(shù)據(jù)流好像一個發(fā)卡一樣在上聯(lián)交換機上繞了一圈,因此這個行為又稱作“發(fā)卡式轉(zhuǎn)發(fā)”。為了實現(xiàn)“發(fā)卡式轉(zhuǎn)發(fā)”,VEPA需要修改生成樹協(xié)議,或者說在下聯(lián)端口上強制進行反射數(shù)據(jù)幀的行為(Reflective Relay)。同時VEPA使用Q-in-Q技術在基本的802.1q標記外增加了一層表示不同虛擬機的定義,基本就可以將不同的虛擬機流量區(qū)分開來,并進行處理。

      我們可以看到,VEPA本著簡單實用的原則,充分利用現(xiàn)有標準協(xié)議,實現(xiàn)了虛擬機的“硬交換”。目前的網(wǎng)絡設備來說只要把軟件稍做修改,就能夠快速推出支持。正因為VEPA的標準化和開放化,使得其得到了Juniper、IBM、Qlogic、Brocade等等廠商的支持。H3C堅信,走開放標準化道路是王道,未來的EVB解決方案的主流一定是基于VEPA標準的解決方案。

道路之爭二:OTV vs VPLS or VPLSoGRE

      傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的建設由單一主中心模式發(fā)展到了目前成熟的異地多中心模式,目前數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)主要通過三種方式,分別為三層互聯(lián)、二層互聯(lián)和SAN互聯(lián)。

      三層互聯(lián):也稱為數(shù)據(jù)中心前端網(wǎng)絡互聯(lián),所謂“前端網(wǎng)絡”是指數(shù)據(jù)中心面向企業(yè)園區(qū)網(wǎng)或企業(yè)廣域網(wǎng)的出口。不同數(shù)據(jù)中心(主中心、災備中心)的前端網(wǎng)絡通過IP技術實現(xiàn)互聯(lián),園區(qū)或分支的客戶端通過前端網(wǎng)絡訪問各數(shù)據(jù)中心。當主數(shù)據(jù)中心發(fā)生災難時,前端網(wǎng)絡將實現(xiàn)快速收斂,客戶端通過訪問災備中心以保障業(yè)務連續(xù)性。

      二層互聯(lián):也稱為數(shù)據(jù)中心服務器網(wǎng)絡互聯(lián)(以下簡稱DCI)。在不同的數(shù)據(jù)中心服務器網(wǎng)絡接入層,構建一個跨數(shù)據(jù)中心的大二層網(wǎng)絡(VLAN),以滿足服務器集群(所有節(jié)點需在一個網(wǎng)段,因為只有一個對外的虛IP)或虛擬機動態(tài)遷移(為保持虛擬機遷移前后的通信狀態(tài),遷移后的虛擬機必須與遷移之前的虛擬機在同一個二層網(wǎng)絡中)等場景對二層網(wǎng)絡接入的需求。

      SAN互聯(lián):也稱為后端存儲網(wǎng)絡互聯(lián)。借助傳輸技術(DWDM、SDH等)實現(xiàn)主中心和災備中心間磁盤陣列的數(shù)據(jù)復制。

      在新一代計算數(shù)據(jù)中心,由于虛擬機的大量部署,以及基于虛擬機的計算集群技術的部署,要求我們在數(shù)據(jù)中心之間部署大量的二層互聯(lián)技術,也就是我們講的“云間網(wǎng)”。目前能實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心二層互聯(lián)的技術主要分三類:

      首先是直接基于以太網(wǎng)的實現(xiàn),這種方案要求互聯(lián)的物理鏈路能保證是裸光纖或DWDM,使得其和數(shù)據(jù)中心內(nèi)部鏈路形態(tài)一致,在此基礎之上通過網(wǎng)絡虛擬化技術,如H3C的IRF2或TRILL技術直接在以太層面打通數(shù)據(jù)通道。這種技術優(yōu)點是簡單,缺點是需要大量的光纖資源,并且無法實現(xiàn)城域/廣域部署,或者城域/廣域部署價格昂貴(DWDM)。

      其次是基于MPLS技術的實現(xiàn)方案,也就是要求數(shù)據(jù)中心之間的互聯(lián)網(wǎng)絡是已部署為MPLS技術的核心網(wǎng),這樣可以直接通過VLL和VPLS完成數(shù)據(jù)中心直接的二層互聯(lián)。這種技術的優(yōu)點是基于MPLS技術可以較為簡單的實現(xiàn)城域/廣域部署,缺點是需要核心網(wǎng)/城域網(wǎng)支持MPLS技術。

      最后是基于IP技術的實現(xiàn),在任意IP網(wǎng)絡開啟相應的二層隧道來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的互聯(lián),這個方案擺脫了數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)鏈路的類型限制,是目前的發(fā)展方向。代表方案是思科公司的OTV技術,或者是H3C實現(xiàn)的VPLSoGRE技術OTV(Overlay Transport Virtualization)虛擬化中繼傳輸技術,是由思科公司提出,其核心思想是通過“MAC in IP”的方式,通過隧道技術穿越三層網(wǎng)絡實現(xiàn)二層網(wǎng)絡的互通。OTV技術可以說是專門針對數(shù)據(jù)中心二層互聯(lián)所提出的,首先它解決了物理鏈路種類的限制,其次對MAC地址的學習通過控制平面借鑒IS-IS協(xié)議來實現(xiàn),隧道封裝采用類似GRE的動態(tài)封裝方式,最后可以支持雙歸屬的高可用部署方式。

      同樣的問題,用標準的技術組合,如VPLSoGRE技術也可以完全解決。VPLSoGRE通過在IP網(wǎng)絡上建立GRE隧道,傳遞經(jīng)過標簽封裝后的二層數(shù)據(jù)報文,從而實現(xiàn)跨數(shù)據(jù)中心的二層互通。其實,OTV在傳統(tǒng)以太網(wǎng)報文前增加了46 Byte的封裝,通過比較,我們可以發(fā)現(xiàn)其封裝方式和VPLSoGRE基本一致。

      一個是看似光鮮亮麗的新技術,一個是原有成熟技術的靈活組合,既然實現(xiàn)原理基本一致,那么這兩種技術最大的區(qū)別在哪里?最大的區(qū)別體現(xiàn)在部署時的命令行里,對于隧道封裝,大家最頭痛的就是隧道的相關配置,OTV技術對進行了大幅簡化,但要發(fā)揮這一優(yōu)勢,需要注意一個重要的前提就是,所有作為OTV邊界的網(wǎng)絡設備必須是思科的設備,而且目前只有N7000系列的特定板卡可以支持。同時思科將OTV技術申請了專利,目前還未通過審批,可以預見的是,這又是一個封閉的技術體系,再一次從數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的層面“綁架”用戶。而對于VPLSoGRE技術來說,是完全開放的標準技術,在目前已有的大部分產(chǎn)品上都可以實現(xiàn)。H3C將通過對開放協(xié)議不斷優(yōu)化,實現(xiàn)靈活的數(shù)據(jù)中心二層互聯(lián),不局限與地域距離,更不局限與產(chǎn)品差異。

道路之爭三:分立平臺 vs 統(tǒng)一平臺

      網(wǎng)絡設備的軟件平臺是維持網(wǎng)絡運轉(zhuǎn)的靈魂,所有網(wǎng)絡互聯(lián)互通的實現(xiàn)都以此為基礎。在網(wǎng)絡業(yè)界,思科公司在網(wǎng)絡軟件平臺上擁有眾多的分類,屬于典型的分立平臺模式。在ISR上運行的IOS;在交換機系列產(chǎn)品上原來使用CAT OS,后來改為IOS;在核心路由器CRS-1上運行的是IOS-XR;而在邊緣的GSR既有IOS又有IOS-XR的,如7600系列有IOS的可能也有XR的,ASR 9000是IOS-XR的,而ASR 1000又是另外的IOS-XE;在數(shù)據(jù)中心領域,思科數(shù)據(jù)中心交換機NEXUS系列交換機又采用的是NX-OS平臺。思科公司收購戰(zhàn)略給思科公司帶來了快速切入市場的好處,但是產(chǎn)品整合也面臨著諸多困難,因此也面臨著產(chǎn)品平臺分立的問題。

      如此紛繁的平臺常常造成用戶的迷茫,對日常的運維升級帶來一定困難。以數(shù)據(jù)中心為例,在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心中,思科已經(jīng)大量部署S6500交換機,但是現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心思科又主動在推nexus系列交換機。大家知道nexus交換機是思科收購公司的產(chǎn)品,在新一代數(shù)據(jù)中心特性上有一定的領先性,但是其和思科傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品整合面臨著諸多問題:

      技術特性實現(xiàn)不一致:例如,N:1的虛擬化已成為一個基本特性,思科65系列交換機上對應技術稱為VSS,類似于H3C的IRF2技術,可以將多臺交換機“虛擬化”成一臺交換機,統(tǒng)一管理,統(tǒng)一控制,分布轉(zhuǎn)發(fā),消除生成樹。但是在nexus產(chǎn)品系列上則沒有這種對應技術,只有一個簡化版本的vPC技術,可以實現(xiàn)消除生成樹,但是根本無法實現(xiàn)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一控制和分布式轉(zhuǎn)發(fā)。

      技術特性豐富程度不一致:例如思科S6500系列產(chǎn)品有豐富的功能特性和安全板卡,但是nexus產(chǎn)品功能特性比較單一,目前連MPLS特性還不具備,也沒有安全業(yè)務板卡。

      維護和管理困難:網(wǎng)絡接入層、匯聚層、核心層的平臺不一致,會給補丁升級和維護帶來很多問題,影響可靠性的問題大量出現(xiàn),同時也會降低網(wǎng)絡性能。

      而H3C所有網(wǎng)絡設備使用統(tǒng)一的軟件平臺Comware,同樣是N:1的虛擬化技術,不管是在中低端交換機5系列、7系列,還是高端設備105系列和125系列都能實現(xiàn),功能特性相同、操作模式相同。統(tǒng)一平臺,軟件系統(tǒng)應當基于單一源代碼的單一操作系統(tǒng),允許網(wǎng)絡管理員使用相同的工具來配置并管理從交換機到路由的所有設備,以監(jiān)控、管理并更新整個網(wǎng)絡。這種強大的互操作性能夠簡化新特性的部署、軟件升級和其他網(wǎng)絡改造工作,實現(xiàn)了IT團隊提高工作效率,同時縮短培訓時間并降低成本;每個新版本都是上一個版本的升級版本,可確保新版本中包含并兼容上個版本的全部特性。此外,每個新版本都面向所有路由器和交換機同時發(fā)布,這可有效避免業(yè)務中斷風險以及維護和升級的復雜性。

總結

      在IT技術的不斷進步中,不乏曾試圖把持整個產(chǎn)業(yè)鏈的廠商,但這樣的做法往往會隨著開放的趨勢而使其陷入危機當中,因為從IT系統(tǒng)的發(fā)展史來看,開放的腳步從未停過,開放的動力來自于規(guī)模經(jīng)濟的需求。一個廠商獨攬所有的事情生產(chǎn)出一項產(chǎn)品,或提供一個解決方案,然后面向全世界的行業(yè)市場上,這樣的技術發(fā)展動力永遠比不上開發(fā)模式,大量廠商共同促進。對于以太網(wǎng)技術,自從上世紀90 年代末的網(wǎng)絡建設熱潮過后,缺乏新技術理念,淪為大量產(chǎn)品的同質(zhì)化競爭和低層次價格戰(zhàn)的焦土。而數(shù)據(jù)中心,這個IT技術新的明珠,一系列新的網(wǎng)絡架構、新的性能要求、新的管理方式、使以太網(wǎng)技術又煥發(fā)了活力,原有的格局,原有的技術體系都將隨著新的應用模式所改變。據(jù)分析機構Gartner 預測, 超過70% 的全球1000 強企業(yè)將在今后5年中大幅度改造其數(shù)據(jù)中心基礎設施。這使得IT技術特別是網(wǎng)絡領域正像中國歷史上極具傳奇色彩的戰(zhàn)國時代,群雄逐鹿,諸子百家,你爭我奪,精彩的大幕正徐徐拉開,無數(shù)的IT英豪在此背景下向著云計算的目標冒險、拼殺。最終的勝者將屬于以用戶需求為導向的廠商,屬于真正提供標準化、開放化、松耦合解決方案的廠商。

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