隨著技術(shù)的成熟，應(yīng)用的推動(dòng)，很多企業(yè)IT系統(tǒng)已經(jīng)邁出了走向云計(jì)算的第一步，這一步就是虛擬機(jī)的應(yīng)用。

在一臺(tái)物理服務(wù)器上虛擬出多個(gè)服務(wù)器，這種方式給IT帶來(lái)了實(shí)實(shí)在在的效益，服務(wù)器的采購(gòu)數(shù)量減少了。用虛擬機(jī)為原來(lái)沒(méi)有HA的業(yè)務(wù)增加上了HA，減少了業(yè)務(wù)中斷的投訴和抱怨。更強(qiáng)勁的硬件也不再只發(fā)揮出10%的能力，有了用武之地，……

下圖是IDC 2011年的報(bào)告。在2010年，已經(jīng)有51%的負(fù)荷是由虛擬機(jī)在承擔(dān)。

到2013年，有69%的負(fù)荷將由虛擬機(jī)來(lái)承擔(dān)。

和虛擬機(jī)的應(yīng)用和技術(shù)發(fā)展相比，網(wǎng)絡(luò)對(duì)虛擬機(jī)的感知明顯發(fā)展滯后了。這給虛擬機(jī)的應(yīng)用帶來(lái)了諸多困擾。服務(wù)器中需要有虛擬交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)間的通信。虛擬交換機(jī)的管理需要服務(wù)器管理員掌握網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，或者網(wǎng)絡(luò)管理員將手伸到服務(wù)器里面。虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)故障，是在虛擬交換機(jī)，還是在物理網(wǎng)絡(luò)，故障的定位更加困難。隨著虛擬機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬機(jī)遷移、資源池調(diào)度的應(yīng)用越來(lái)越普及，在虛擬機(jī)遷移的目的地，網(wǎng)絡(luò)需要提前就緒，包括配置、動(dòng)態(tài)表項(xiàng)等。

就像機(jī)場(chǎng)飛機(jī)的起降前機(jī)場(chǎng)的準(zhǔn)備就緒需要由機(jī)場(chǎng)指揮塔來(lái)調(diào)度。虛擬機(jī)起降前網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)備就緒也需要網(wǎng)絡(luò)“指揮塔”來(lái)調(diào)度解決。

虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境分析

IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.1Qbg[1]中對(duì)虛擬機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的各種方案做了全面的總結(jié)。主要有下面三種：

“軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬交換機(jī)”是最原始、最基本的方式，VMWare ESX、微軟 Hyper-V等虛擬機(jī)平臺(tái)都作為基本功能模塊提供。“由智能網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)交換”是網(wǎng)卡廠商主導(dǎo)的硬件加速方案，虛擬機(jī)平臺(tái)對(duì)這種方式也已經(jīng)逐步支持起來(lái)。這兩種方式在數(shù)據(jù)流量管控上都存在較大的困難，例如，要實(shí)現(xiàn)流量采集，需要在物理服務(wù)器中創(chuàng)建一個(gè)虛擬機(jī)，專門用來(lái)運(yùn)行探針。“接入交換機(jī)環(huán)回轉(zhuǎn)發(fā)”的方式性能最佳，流量管控能力最強(qiáng)，但需要接入交換機(jī)支持，部分舊的交換機(jī)需要更換，適合在新建數(shù)據(jù)中心部署。

總之，無(wú)論是哪種方式，網(wǎng)絡(luò)“指揮塔”都需要能夠很好的支持。

“指揮塔”要縱觀全局

網(wǎng)絡(luò)“指揮塔”要能夠看到“虛擬交換機(jī)”，看到虛擬機(jī)和虛擬交換機(jī)的連接關(guān)系，看到“虛擬交換機(jī)”和物理交換機(jī)的連接關(guān)系。這是對(duì)虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行指揮調(diào)度的基礎(chǔ)。

本文以華為公司的相應(yīng)產(chǎn)品為藍(lán)本，介紹一下業(yè)界在虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理方面的技術(shù)應(yīng)用。

華為公司的虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)“指揮塔”nCenter(Network Center，和VM的管理器vCenter是兄弟)。

虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理一般包括虛擬資源管理和虛擬機(jī)遷移管理。虛擬資源管理包括物理和虛擬資源的信息采集和拓?fù)涔芾恚ㄌ摂M機(jī)、虛擬交換機(jī)、物理服務(wù)器、物理交換機(jī)。

nCenter通過(guò)網(wǎng)管標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議發(fā)現(xiàn)TOR，通過(guò)vCenter的開(kāi)放接口從vCenter獲取虛擬機(jī)信息(包括虛擬機(jī)和虛擬交換機(jī)的連接關(guān)系)。

TOR通過(guò)LLDP、CDP等設(shè)備發(fā)現(xiàn)協(xié)議發(fā)現(xiàn)虛擬交換機(jī)，明確虛擬交換機(jī)和TOR的拓?fù)潢P(guān)系。

綜合上述信息，nCenter能夠繪制出完整的物理、虛擬資源及拓?fù)洹Ｏ聢D是nCenter上查看虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞囊粋€(gè)實(shí)例。

圖中38、40是TOR，下面的框分別是兩臺(tái)物理服務(wù)器，內(nèi)部各有幾臺(tái)虛擬交換機(jī)和幾個(gè)虛擬機(jī)。圖中清晰簡(jiǎn)潔的呈現(xiàn)出了物理節(jié)點(diǎn)、虛擬節(jié)點(diǎn)，物理、虛擬的拓?fù)溥B接關(guān)系也清楚明了。故障定位有圖可循，能夠極大的提高管理維護(hù)效率，降低管理維護(hù)成本。

拓?fù)涔芾磉€提供搜索功能，在很大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，也能方便快捷地搜索出虛擬機(jī)。

虛擬機(jī)“起降”的指揮調(diào)度

僅僅實(shí)現(xiàn)拓?fù)涔芾恚€不能成為“指揮塔”。“指揮塔”還必須能夠管理虛擬機(jī)的“起降”(遷移)，在虛擬機(jī)“起降”時(shí)，網(wǎng)絡(luò)必須能夠按需配置、動(dòng)態(tài)調(diào)整、及時(shí)就緒。

每個(gè)虛擬機(jī)，根據(jù)其部署的具體業(yè)務(wù)，需要規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)配置，包括：QoS、ACL等。在虛擬機(jī)部署前，需要先在nCenter上創(chuàng)建策略模版。策略模版統(tǒng)一管理起來(lái)，虛擬機(jī)“起降”時(shí)，參數(shù)配置就可以從策略模版中獲取。

開(kāi)放支持各種虛擬機(jī)“起降”

IEEE的標(biāo)準(zhǔn)802.1Qbg有兩種方案，一種是“帶內(nèi)管理”方案。如下圖所示：

其中VSI Manager是管理VSI(Virtual Station Interface)的配置信息，即上面說(shuō)的虛擬機(jī)的策略模版。隨路信令在802.1Qbg中定義了，包括：ECP(Edge Control Protocol)用于封裝VDP協(xié)議;VDP(VSI Discovery and Configuration Protocol)用于VSI的發(fā)現(xiàn)與配置，基于ECP;和CDCP(S-Channel Discovery and Configuration Protocol)用于配置、創(chuàng)建和刪除S-Channel(非必選)。

服務(wù)器中的虛擬機(jī)創(chuàng)建、刪除，通過(guò)VDP協(xié)議通告給TOR，TOR向VSI Manager獲取網(wǎng)絡(luò)策略，完成網(wǎng)絡(luò)屬性配置。因?yàn)閂DP協(xié)議和虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)鏈路是同一條，因此，稱為“帶內(nèi)管理”。

另一種方案是“帶外管理”方案。如下圖所示：

虛擬機(jī)的創(chuàng)建、刪除、遷移，vCenter是控制發(fā)起者，通過(guò)vCenter的開(kāi)放接口通知到nCenter，nCenter向相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下發(fā)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)策略的配置。

“帶內(nèi)管理”方案，目前協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)尚未確立，各虛擬機(jī)平臺(tái)廠商均未推出相關(guān)產(chǎn)品。協(xié)議未具體規(guī)定和vCenter的接口，VSI Manager需要針對(duì)各虛擬機(jī)平臺(tái)進(jìn)行適配。因此，目前還難以實(shí)際應(yīng)用。

“帶外管理”方案，各虛擬機(jī)平臺(tái)廠商均提供開(kāi)放接口，nCenter按照開(kāi)放接口適配各虛擬機(jī)平臺(tái)，是開(kāi)放合作的方案。

采用“帶外管理”方案，不用等待虛擬機(jī)平臺(tái)支持802.1Qbg標(biāo)準(zhǔn)的VDP，現(xiàn)在就可以用虛擬機(jī)平臺(tái)的開(kāi)放接口，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)感知。

因此，華為nCenter采用了“帶外管理”方案，開(kāi)放支持VMware、Citrix Xen，以及微軟Hyper-V等虛擬化平臺(tái)。

繁忙的機(jī)場(chǎng)需要高效的調(diào)度技術(shù)

nCenter向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下發(fā)策略配置，可以采用命令行、SNMP或NETCONF。但在原型測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)性能只能達(dá)到每秒10～20個(gè)虛擬機(jī)上線。采用RADIUS協(xié)議，原型測(cè)試結(jié)果能夠達(dá)到每秒200個(gè)虛擬機(jī)上線。這個(gè)性能能夠滿足多大規(guī)模的虛擬機(jī)“起降”呢?

讓我們來(lái)計(jì)算一下，假設(shè)有N個(gè)物理服務(wù)器，其中1/2忙，每個(gè)忙的服務(wù)器需要將4個(gè)VM(測(cè)試數(shù)據(jù)，受限于帶寬和CPU能力)遷移出去，每個(gè)虛擬機(jī)的遷移時(shí)間為3分鐘(180秒)。則每秒處理虛擬機(jī)遷移數(shù)量為：N/2×4/180。

如果是1萬(wàn)臺(tái)物理服務(wù)器，則每秒處理虛擬機(jī)遷移數(shù)量為：10000/2×4/180=111。

200個(gè)虛擬機(jī)每秒的處理性能，可以滿足：200×180/4*2=18000臺(tái)物理服務(wù)器的云計(jì)算環(huán)境。

nCenter采用RADIUS協(xié)議，能夠滿足近2萬(wàn)臺(tái)物理服務(wù)器的云計(jì)算環(huán)境虛擬機(jī)突發(fā)大規(guī)模“起降”。

虛擬機(jī)“起降”

在虛擬機(jī)“起降”的過(guò)程中，nCenter負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)策略的遷移，和虛擬機(jī)平臺(tái)vCenter配合，保證了流程處理的及時(shí)、準(zhǔn)確和自動(dòng)化。

下圖是虛擬機(jī)遷移的流程：

遷移前的拓?fù)洌簻?zhǔn)備將“Purple”這個(gè)VM遷移到服務(wù)器.52上

① vCenter啟動(dòng)VM遷移。

② 進(jìn)行VM遷移。

③ vCenter通過(guò)開(kāi)放接口通知nCenter遷移開(kāi)始。

④ nCenter通知目的TOR交換機(jī)VM上線，上線信息中包含VM的身份信息VM的MAC地址、VLAN信息、應(yīng)用的策略模板ID。

⑤ 目的TOR通過(guò)RADIUS協(xié)議向nCenter申請(qǐng)VM策略(ACL、QoS、DHCP Snooping綁定表)。

⑥ nCenter內(nèi)置的RADIUS服務(wù)器響應(yīng)目的TOR的申請(qǐng)，將VM綁定策略應(yīng)答給目的TOR，目的TOR收到后，解析出VM的策略，完成轉(zhuǎn)發(fā)配置。

⑦ vCenter通過(guò)開(kāi)放接口通知nCenter遷移完成。

⑧ nCenter通知源TOR交換機(jī)VM下線。

⑨ 源TOR接收到下線通知，刪除本地策略的同時(shí)，通過(guò)RADIUS的用戶下線接口通知RADIUS服務(wù)器更新用戶在線狀態(tài)。

遷移后的拓?fù)洌禾摂M機(jī)“Purple”已經(jīng)成功遷移到服務(wù)器.52上

華為虛擬感知解決方案總結(jié)

華為虛擬感知解決方案以nCenter為核心，和各種虛擬化平臺(tái)vCenter開(kāi)放兼容，在接入交換機(jī)上及時(shí)下發(fā)靜態(tài)配置、動(dòng)態(tài)表項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)服務(wù)器虛擬化環(huán)境的全面支持，通過(guò)開(kāi)放高效的網(wǎng)絡(luò)“指揮塔”，真正建立起供虛擬機(jī)自由“起降”的“云機(jī)場(chǎng)”。

讓我們回顧一下前面分析的網(wǎng)絡(luò)和虛擬機(jī)配合的問(wèn)題：

管理界面：系統(tǒng)管理員只需要管理服務(wù)器、虛擬機(jī)，網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)管理虛擬交換機(jī)、物理交換機(jī)、虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)屬性，管理界面清晰。

可視運(yùn)維：nCenter提供虛擬機(jī)、虛擬交換機(jī)、物理服務(wù)器、物理交換機(jī)的一體化拓?fù)湟晥D，方便故障定位。

虛擬感知：虛擬機(jī)創(chuàng)建、遷移，都能夠得到及時(shí)感知、處理，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)通速度快，和虛擬化平臺(tái)、服務(wù)器的兼容性好。

結(jié)束語(yǔ)

華為虛擬感知解決方案，為虛擬機(jī)的應(yīng)用打通了網(wǎng)絡(luò)之“脈”，助力數(shù)據(jù)中心進(jìn)一步擴(kuò)大虛擬機(jī)的應(yīng)用，降低IT成本，提高IT效率。相信在不久的將來(lái)，一定能夠建設(shè)起來(lái)完全虛擬化、自動(dòng)化、高效的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，以IaaS的方式支持大容量、多樣化的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，更好的滿足支撐業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)創(chuàng)新發(fā)展的需要。