李海平, 楊長(zhǎng)城

（戴爾中國(guó)有限公司，北京 100020）

對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，隨著基地和云計(jì)算數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的深化，支撐互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及云計(jì)算服務(wù)的IDC數(shù)據(jù)中心已逐漸成為發(fā)展業(yè)務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力的盈利中心。數(shù)據(jù)中心的虛擬化架構(gòu)也漸漸變成支持云計(jì)算架構(gòu)的基礎(chǔ)，而大規(guī)模部署虛擬化給傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心管理模式、服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)規(guī)劃管理帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。

云計(jì)算將網(wǎng)絡(luò)上分布的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等IT資源進(jìn)行池化共享，并以虛擬化的方式，為使用者提供通過互聯(lián)網(wǎng)的訪問，按使用量付費(fèi)的模式提供服務(wù)。這帶來(lái)了IDC業(yè)務(wù)提供模式的創(chuàng)新，也改變了IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，進(jìn)而帶動(dòng)了IDC的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。

云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)模將擴(kuò)展到成千上萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的集群計(jì)算環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)之間的通信帶寬逐漸成為一個(gè)主要瓶頸，迫切需要通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)尋求連接這些服務(wù)器的更好路徑，在提升性能、減少成本和能耗的同時(shí)、支持無(wú)縫橫向擴(kuò)展和分布式核心網(wǎng)絡(luò)、為應(yīng)對(duì)未來(lái)需求探索新的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

本文將探討支持未來(lái)虛擬化數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)虛擬化發(fā)展趨勢(shì)和新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及技術(shù)。

1 電信運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型

電信行業(yè)的市場(chǎng)條件和競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境已發(fā)生巨大變化，與諸多互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的快速發(fā)展相比，眾多的電信運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)已經(jīng)步入了微利時(shí)代，電信運(yùn)營(yíng)商不得不在內(nèi)部創(chuàng)新和外部競(jìng)爭(zhēng)的雙重壓力下開始轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)模式。

互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的迅速崛起，極大程度上依賴于革新式的IT基礎(chǔ)架構(gòu)和行之有效的IT解決方案，靈活有效的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)及分布式數(shù)據(jù)管理模式帶來(lái)了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力及靈活的擴(kuò)展能力，這一切已經(jīng)成為支持互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)業(yè)務(wù)的核心競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)展的基礎(chǔ)。

電信運(yùn)營(yíng)商仍具備贏得市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)地位的資源。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)增值電信市場(chǎng)也顯示著旺盛的需求，尤其突出的是互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的業(yè)務(wù)。電信運(yùn)營(yíng)商為了抓住產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代和市場(chǎng)發(fā)展的機(jī)遇，創(chuàng)建新的盈利模式，近年來(lái)也在通過不斷強(qiáng)化IDC、ISP、ICP、移動(dòng)信息服務(wù)、呼叫中心等增值業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)企業(yè)業(yè)務(wù)的持續(xù)轉(zhuǎn)型升級(jí)，國(guó)內(nèi)具有代表性的是中國(guó)電信的8大基地、中國(guó)移動(dòng)的8大基地、以及中國(guó)聯(lián)通的7大數(shù)據(jù)中心基地。電信運(yùn)營(yíng)商利用自身的資金優(yōu)勢(shì)、用戶優(yōu)勢(shì)、政策優(yōu)勢(shì)可以來(lái)控制整合“云”和“端”，不斷開拓互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等新的盈利模式，成為智能管道的真正主導(dǎo)者。

2 云計(jì)算數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)虛擬化

2.1 數(shù)據(jù)中心的虛擬化

云計(jì)算改變了傳統(tǒng)IDC的業(yè)務(wù)提供方式，推動(dòng)IDC產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，帶來(lái)了新的網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)形態(tài)和新的運(yùn)營(yíng)與合作模式。云計(jì)算數(shù)據(jù)中心也帶動(dòng)了整個(gè)數(shù)據(jù)中心資源虛擬化技術(shù)的發(fā)展，特別是服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)和技術(shù)的發(fā)展。

（1）服務(wù)器的虛擬化技術(shù)不論在以VMware，Hyper-V為代表的x86平臺(tái)還是在以Solaris Zone為代表的Unix平臺(tái)都已經(jīng)越來(lái)越成熟。特別是x86平臺(tái)的虛擬化已經(jīng)開始走向普及，相信微軟Server2012的Hyper-V v3.0的一系列強(qiáng)化，加上傳統(tǒng)的VMware、基于開源的KVM和XENServer必將推動(dòng)x86服務(wù)器虛擬化的進(jìn)一步發(fā)展和成熟；

（2）存儲(chǔ)的虛擬化技術(shù)也已經(jīng)不再局限于中低端產(chǎn)品線，在高端產(chǎn)品中也已經(jīng)越來(lái)越多地被應(yīng)用。以戴爾Compellent為例，其擁有的精簡(jiǎn)配置、精簡(jiǎn)快照、精簡(jiǎn)復(fù)制、自動(dòng)分層等先進(jìn)功能必將為云計(jì)算的存儲(chǔ)能力和靈活性提供強(qiáng)有力的支持；

（3）網(wǎng)絡(luò)作為連接各種計(jì)算和存儲(chǔ)資源， 并將池化的虛擬化資源有效地部署到使用端的通道，其虛擬化和靈活性對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的虛擬化而言也是非常重要的。

2.2 云計(jì)算需要網(wǎng)絡(luò)管理方式的變革

云計(jì)算時(shí)代的服務(wù)器和存儲(chǔ)的虛擬化大大提升了網(wǎng)絡(luò)管理的難度，比如虛擬資源脫離了物理設(shè)備相對(duì)靜態(tài)信息，排錯(cuò)難度將大大增加。虛擬交換機(jī)既要與現(xiàn)有虛擬管理平臺(tái)兼容，又要應(yīng)對(duì)高度動(dòng)態(tài)變化端設(shè)備，維護(hù)虛擬邏輯抽象鏈接，集成與交換硬件設(shè)備功能，滿足虛擬設(shè)備移動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)機(jī)動(dòng)性、虛擬邏輯可維護(hù)性和轉(zhuǎn)發(fā)控制平面軟硬件可集成性。

要全面實(shí)現(xiàn)新一代數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)管理移動(dòng)性，就需要虛擬地協(xié)調(diào)角色，統(tǒng)一規(guī)劃和部署IT智能基礎(chǔ)架構(gòu)，于是催生了工作負(fù)載為中心的IT管理模式，傳統(tǒng)的分離IT管理模式不再合適，傳統(tǒng)的IT資源分配技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式也不再合適。

工作負(fù)載是計(jì)算機(jī)所執(zhí)行工作的邏輯分類，它包括誰(shuí)在做工作（Who）、做什么工作（What）和如何做工作（How），它以業(yè)務(wù)觀點(diǎn)來(lái)看工作分類，非IT技術(shù)特征。工作內(nèi)容包括部分系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用、用戶應(yīng)用連接和應(yīng)用交互。工作績(jī)效指標(biāo)包括響應(yīng)時(shí)間和吞吐量，也就是服務(wù)響應(yīng)水平。響應(yīng)時(shí)間是用戶發(fā)出請(qǐng)求與系統(tǒng)響應(yīng)之間的時(shí)間差。吞吐量是在一定時(shí)間內(nèi)完成了多少工作。工作負(fù)載工作內(nèi)容不一樣，IT資源消耗重點(diǎn)就不一樣，可以分為4類，CPU計(jì)算型、內(nèi)存緩沖型、存儲(chǔ)IOPS型或存儲(chǔ)帶寬型、網(wǎng)絡(luò)IOPS型或網(wǎng)絡(luò)帶寬型。保證服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一視圖，決定了以工作負(fù)載為中心的資源調(diào)度模式不但需要統(tǒng)一虛擬角色負(fù)責(zé)，還需要技術(shù)上對(duì)應(yīng)角色平臺(tái)保證。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面集成，越來(lái)越復(fù)雜，創(chuàng)新緩慢；同時(shí)虛擬化資源的移動(dòng)性要求更加強(qiáng)大靈活簡(jiǎn)單的控制平面；而且面向工作負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)需要控制平臺(tái)與資源有機(jī)結(jié)合，造成了控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面之間的差距越來(lái)越大，用戶為使用網(wǎng)絡(luò)所付出的總擁有成本（TCO）越來(lái)越高。

2.3 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

為了解決虛擬化環(huán)境造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸，網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件部分被分開來(lái)，相對(duì)靈活獨(dú)立地開發(fā)，以實(shí)現(xiàn)基于標(biāo)準(zhǔn)硬件平臺(tái)、靈活簡(jiǎn)單的控制平面。云計(jì)算和虛擬化需要極大的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性要求，在擴(kuò)展模式下控制平面的控制信息本身流量有限并可預(yù)計(jì)，人們就不需要昂貴的專門高性能轉(zhuǎn)發(fā)芯片處理控制信息，控制平面由獨(dú)立可擴(kuò)展軟件經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)發(fā)平面退化成簡(jiǎn)單的報(bào)文處理平臺(tái)。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Network）架構(gòu)、OpenFlow技術(shù)的誕生打破了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)多年徘徊不前的局面。誕生于美國(guó)斯坦福大學(xué)的OpenFlow分別于2008年和2009年連續(xù)兩年獲得了SIGCOMM的最佳演示獎(jiǎng)，并被享有聲望的MIT Technology Review雜志選為十大未來(lái)技術(shù)，展現(xiàn)了其改變未來(lái)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)世界的實(shí)力。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)又稱可編程網(wǎng)絡(luò)，它將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置平面從嵌入式節(jié)點(diǎn)獨(dú)立到軟件平臺(tái)，是由軟件驅(qū)動(dòng)的中央控制節(jié)點(diǎn)來(lái)自動(dòng)控制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是基于兩個(gè)原則開發(fā)而成的：

（1）控制面板和數(shù)據(jù)面板的分立；

（2）在新一代的虛擬機(jī)管理程序環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的良好互通。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)不僅局限在核心技術(shù)上的創(chuàng)新，更大意義上是在網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的革新。傳統(tǒng)的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)各個(gè)物理IP終端之間的連接，網(wǎng)絡(luò)能力極其有限。未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)需要支持在虛擬環(huán)境中的運(yùn)行，具有網(wǎng)絡(luò)感知能力的應(yīng)用能夠根據(jù)需要對(duì)邏輯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)定義。這些邏輯網(wǎng)絡(luò)將會(huì)覆蓋在一個(gè)由軟件控制的物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)之上。而這些物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的主要任務(wù)，就是不管用戶是處于虛擬環(huán)境還是物理環(huán)境之中，它都能夠很好的為用戶提供一切必要的數(shù)據(jù)，應(yīng)用以及其它額外的服務(wù)。

傳統(tǒng)交換或路由設(shè)備也有獨(dú)立轉(zhuǎn)發(fā)平面或強(qiáng)大控制平面，不過它是通過在同一個(gè)機(jī)箱的不同接口模塊去完成，控制平面由機(jī)箱的路由交換控制模塊來(lái)完成的。因其開放性不夠，及時(shí)響應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的能力有限，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)離散式地自我控制，只見個(gè)別樹木或樹葉，沒有大家統(tǒng)一協(xié)調(diào)的控制平面，無(wú)法看到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)森林，所以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，盡管實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，其架構(gòu)也基本是靜態(tài)的。即便使用折中的解決方案，也只能通過設(shè)置在固定位置、昂貴的負(fù)載均衡或安全設(shè)備來(lái)協(xié)助實(shí)現(xiàn)。

相比傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)基于開源控制平面協(xié)議的OpenFlow大大增加了網(wǎng)絡(luò)的靈活控制能力，如圖1所示，分布式節(jié)點(diǎn)的智能化通過OpenFlow指令得以實(shí)現(xiàn)，外部OpenFlow控制管理節(jié)點(diǎn)也實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一的中央智能化管理。OpenFlow根據(jù)運(yùn)行實(shí)況實(shí)時(shí)控制分布式節(jié)點(diǎn)，分布式節(jié)點(diǎn)生成快速轉(zhuǎn)發(fā)表，無(wú)須進(jìn)行復(fù)雜的智能分析計(jì)算，只需要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)平面功能。當(dāng)新轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)加入到OpenFlow網(wǎng)絡(luò)時(shí)，自動(dòng)從中央控制節(jié)點(diǎn)得到最新網(wǎng)絡(luò)配置信息，完成網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化感知。而中央控制節(jié)點(diǎn)基于x86標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器架構(gòu)，強(qiáng)大計(jì)算能力和橫向擴(kuò)展特性保證了控制平面擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)以開放軟件模式替代傳統(tǒng)基于嵌入系統(tǒng)的、不夠靈活的控制平面，它不僅能夠滿足了降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度、虛擬化和云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)需求，同時(shí)它的發(fā)展也對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)廠家封閉專有控制平面技術(shù)產(chǎn)生了破壞性創(chuàng)新，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)廠家變革帶來(lái)巨大推動(dòng)。控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，轉(zhuǎn)發(fā)平面特性減少，專注而簡(jiǎn)單，減少了硬件設(shè)備從而減少了資本性支出，同時(shí)通過運(yùn)營(yíng)的簡(jiǎn)化減少了運(yùn)營(yíng)性支出，進(jìn)而減少了整體擁有成本。

2.4 軟件定義網(wǎng)絡(luò)在電信運(yùn)營(yíng)商的應(yīng)用

圖1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理比較

在電信運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)里，IP層網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)是獨(dú)立分離的，它們分別單獨(dú)管理，IP網(wǎng)和傳輸網(wǎng)之間沒有交互，IP鏈路靜態(tài)配置，傳輸層電路或放大器也是靜態(tài)的，導(dǎo)致不同層次功能和資源重復(fù)，增加用戶采購(gòu)成本和運(yùn)營(yíng)成本負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)電路交換更無(wú)法自動(dòng)感知報(bào)文交換要求，自動(dòng)化控制平面操作，只是被動(dòng)地根據(jù)網(wǎng)管平臺(tái)進(jìn)行手工操作，服務(wù)交付時(shí)間變的很長(zhǎng)，運(yùn)營(yíng)商只能是成為網(wǎng)絡(luò)帶寬的銷售者。

而在云計(jì)算環(huán)境下，需要跨越數(shù)據(jù)中心進(jìn)行資源管理，這要求上層資源與物理鏈路層調(diào)度的匹配與自動(dòng)化，每個(gè)租戶在數(shù)據(jù)中心之外需要建立虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和實(shí)現(xiàn)自助管理。這樣用戶趨勢(shì)就是報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)與電路交換網(wǎng)絡(luò)融合，在同一平臺(tái)下管理和運(yùn)維，報(bào)文交換和電路交換之間互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同層次間動(dòng)態(tài)調(diào)度。

但是問題是報(bào)文和電路融合非常困難，因?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非常不一樣，整合運(yùn)維非常困難，傳輸網(wǎng)絡(luò)保持不變，結(jié)果會(huì)造成融合更加膨脹，最后導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)不可用，因此需要通過架構(gòu)融合實(shí)現(xiàn)真正融合。

如圖2所示，通過基于1～4層建立 “信息流”的控制方式，實(shí)現(xiàn)按光纖、放大器、時(shí)隙和報(bào)文內(nèi)容等細(xì)分，從電路交換和報(bào)文交換抽象映射到2～4層信息流交換層，實(shí)現(xiàn)基于廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)虛擬化。一些研究也開始將報(bào)文交換和電路交換集成，合并起來(lái)統(tǒng)一抽象并管理和控制，實(shí)現(xiàn)了基于“信息流”網(wǎng)絡(luò)服務(wù)架構(gòu)，并基于不同流量和應(yīng)用模型建立端對(duì)端網(wǎng)絡(luò)虛擬化，為OpenFlow在運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了更多的可能性。

圖2 運(yùn)營(yíng)商基于”流”統(tǒng)一控制管理網(wǎng)絡(luò)

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，數(shù)據(jù)中心也已不再是成本中心，而是已經(jīng)變?yōu)榘l(fā)展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)核心競(jìng)爭(zhēng)力的盈利中心，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)已難于應(yīng)對(duì)急劇變化并快速發(fā)展的云計(jì)算、虛擬化數(shù)據(jù)中心以及互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對(duì)于IT基礎(chǔ)架構(gòu)的苛刻需求，需要通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革以迎接市場(chǎng)發(fā)展的需要。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及OpenFlow技術(shù)在大幅度提升數(shù)據(jù)中心，支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的整體虛擬化，提升部署速度和靈活性的同時(shí)，降低總體擁有成本（TCO），這對(duì)于運(yùn)營(yíng)商將來(lái)拓展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，建設(shè)面向未來(lái)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)無(wú)疑可以作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的選擇。