基于SDN的未来数据中心网络

基于S D N的未来数据中
心网络
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基于SDN的未来数据中心网络
伴随着互联网的高速发展，互联网数据中心也迅速发展。

尤其是云计算的发展，使得更多的应用处理集中到云端，促使云计算数据中心的规模急剧增长。

Google、微软、腾讯等互联网公司新建的云数据中心规模都超过10万台物理服务器。

未来的互联网流量将以云计算数据中心为核心，未来的互联网将是以云计算数据中心为核心的网络。

数据中心网络面临的主要问题
随着数据中心规模的快速增长以及云计算的部署，在网络的管理、业务的支撑、绿色节能等方面对数据中心网络提出了很高的要求。

●集中高效的网络管理要求
大型云计算数据中心普遍具有数万台物理服务器和数十万台虚拟机。

如此大规模的服务器群需要数千台的物理网络设备、数万台的vSwitch进行连接和承载。

这样大规模的数据中心网络需要集中统一管理，以提高维护效率；需要快速的故障定位和排除，以提高网络的可用性。

●高效灵活的组网需求
云计算数据中心网络规模大，组网复杂，在网络设计时，为了保障网络的可靠性和灵活性，需要设计冗余链路，保护链路，部署相应的保护机制。

在现有数据中心组网中大量采用的VRRP、双链路上联、SPT等技术，存在着网路利用率低、容易出现故障，且仅能实现局部保护的问题。

●虚拟机的部署和迁移需求
云计算数据中心部署了大量的虚拟机，并且虚拟机需要根据业务的需要进行灵活的迁移。

这就需要数据中心网络能够识别虚拟机，根据虚拟机的部署和迁移灵活配合部署相应的网络策略。

●虚拟多租户业务支撑要求
云计算数据中心需要为用户提供虚拟私有云租用服务，租户需要可以配置自己的子网、虚拟机IP地址、ACL，管理自己的网络资源。

需要数据中心网络支持虚拟多租户能力，支持大量的租户部署，实现租户的隔离和安全保障等。

●全面的数据中心IaaS要求
在云计算数据中心中，云计算技术的引入，实现了计算资源和存储资源的虚拟化，为用户提供了计算资源和存储资源的IaaS服务，但目前网络资源还无法虚拟化按需提供，难以提供计算资源+存储资源+网络资源的全面IaaS服务。

当前云计算数据中心网络技术分析
为解决以上云计算中心面临的问题，出现了很多的技术方案，针对主要的技术方案分析如下。

Trill技术与SPB技术
Trill技术和SPB技术设计之初，主要针对数据中心的多路径转发和灵活部署的需求，解决数据中心部署SPT带来的链路利用率降低、网络稳定性降低以及部署三层路由带来的复杂性问题。

Trill技术和SPB技术基于IS-IS协议实现链路计算，从而避免了环路；采用等价多路径技术，实现了多路径转发保证负载均衡，从而提高了网络利用率，提高了数据中心网络的可靠性，使得网络部署更加灵活。

但Trill技术和SPB技术并没有考虑如何解决网络的集中管理、虚拟机的部署和迁移、网络能力能力开放提供IaaS服务等问题。

EVB技术
EVB即边缘虚拟桥接技术，由所定义，制定了边缘中继、虚拟边缘网桥以及虚拟边缘端口聚合器技术，可满足多虚拟机的标识和承载，满足虚拟机部署的需求；同时EVB还通过VDP等协议支持虚拟机动态创建和迁移的发现，以及相应网络参数的自动配置，满足虚拟机动态迁移的需求。

但EVB技术无法解决数据中心集中化管理、多路径转发、虚拟多租户、IaaS等方面的问题。

VXLAN技术
VXLAN技术是为了解决数据中心虚拟多租户和虚拟机迁移的问题而设计的。

VXLAN技术采用了L2overL3技术，在原有的数据报文封装中增加了VXLAN 封装，并增加了IP封装，使得原有的L2报文可以穿越L3网络，扩大了二层网络的范围，使得虚拟机迁移可以灵活跨越三层部署。

同时，VXLAN封装大大扩展了租户ID字段，避免了采用VLAN方式受到4K容量的限制。

但是，VXLAN技术在设计时，并没有过多考虑网络集中化管理、数据中心IaaS方面的问题。

NVGRE技术
NVGRE技术的也是为了解决数据中心虚拟多租户和虚拟机迁移的问题而设计的。

同样采用L2overL3的方式，但与VXLAN不同，NVGRE技术采用GRE封装，通过租户ID与GRE隧道对应的方式，实现租户虚拟多租户业务承载。

NVGRE技术在设计时，也缺少对网络集中化管理、数据中心IaaS方面的考虑。

可见，目前主要的数据中心网络技术，主要是针对数据中心的特定需求进行设计，只能解决部分的问题，停留在“头痛医头，脚痛医脚”的层面，尚无一种技术能全面满足数据中心网络的需求。

基于SDN的未来数据中心网络方案分析
SDN提出了采用软件定义网络的思路，具有转发和控制分离、控制逻辑集中、网络虚拟化、网络能力开放化等特点。

因此SDN技术能很好地契合数据中心网络的集中网络管理、灵活组网多路径转发、虚拟机部署和智能迁移、虚拟多租
户、IaaS等方面的需求，非常适合在数据中心网络中应用。

因此，基于SDN的云计算数据中心网络方案是未来数据中心网络的趋势。

基于SDN的未来数据中心网络方案如图1所示。

基于SDN的未来数据中心网络方案主要有三大组件：SDN控制器，VM管理器以及DC管理器。

其中，SDN控制器主要用于实现对网络设备（包括驻留在服务器的vSwitch）的集中管理和控制；VM管理器主要用于实现VM的管理，包括VM的创建、部署和迁移等；DC管理器主要用于实现整体的协同和控制，主要实现VM管理器与SDN控制器的协同，实现数据中心计算资源、存储资源、网络资源的统一协调和控制。

基于SDN的未来数据中心网络方案主要有以下特点和优势。

●集中高效的网络管理和运维
SDN采用转发与控制分离，控制逻辑集中的方式，由SDN控制器实现网络的集中全面控制。

SDN控制器拥有全网的静态拓扑及动态转发信息，可实施全网的高效管理和优化，更有利与网络故障的快速定位和排除。

如：在具有全网静态拓扑和动态转发信息的基础上，可开发专用的故障诊断工具，实时模拟网络的实际转发过程，可实现故障的快速定位和处理，极大提高了运维的效率。

●灵活组网与多路径转发
基于SDN的数据中心网络采用统一的SDN控制器实施控制，网络的转发规则和动作由SDN控制器统一控制和下发，能有效避免环路，能根据业务的需求通过转发流表的控制，实现多路径转发和负载均衡，大幅提高网络的可靠性和利用率。

●智能的虚拟机部署和迁移
虚拟机的部署和迁移需要网络的配合。

在基于SDN的未来数据中心网络方案中，通过DC管理器、VM管理器以及SDN控制器协同实现虚拟机的智能化部署和迁移。

当某台虚拟机需要迁移时，首先是VM管理器感知到，并向DC管理器发出请求，提出网络配合请求；DC管理器收到网络配合请求后，向SDN 控制器发送网络配合请求；SDN控制器实施网络控制，将相应的网络策略下发到虚拟机迁移的目的网络设备，并撤销虚拟机原来所在网络设备对应的网络策
略。

从而实现了虚拟机和网络的无缝协同，实现了虚拟机迁移的自动化和智能化。

●海量虚拟租户支持
针对海量租户的承载需求，中兴通讯基于SDN的未来数据中心解决方案采用扩展标签的方式，利用现有的MPLS标签实现租户的标识，20bit的MPLS标签可满足超大容量的租户承载需求。

同时，SDN控制器可实现租户的隔离，提供每租户的虚拟网络视图、资源控制和安全保障。

●计算+存储+网络的IaaS服务
基于SDN控制器，可实现网络资源的虚拟化，按需提供；同时结合DC管理器实现了SDN控制器与VM管理器的协同，从而实现了计算资源和存储资源与网络资源的无缝协同，向用户提供按需的计算+存储+网络资源的IaaS服务。

基于SDN的未来数据中心网络方案能充分满足数据中心的规模部署和运营需求，具有很大的优势。

但由于目前SDN技术尚处于发展阶段，还不够成熟，基于SDN的未来数据中心网络方案需要考虑以下问题：
●DC管理器、SDN控制器、VM管理器之间的协同，三者可能由不同的厂商提供，如何实现无缝的互通是关键；
●如何实现现有数据中心网络向基于SDN的数据中心网络演进，是网络部署面临的直接问题；
●SDN目前处于高速发展阶段，技术方向和路线是否会出现大的变化，是需要持续关注的问题。

小结与建议
通过以上分析，可见基于SDN的未来数据中心网络是未来的发展方向，但目前还不够成熟，还存在一些问题。

针对以上的问题，有3点建议：
●推进DC管理器、SDN控制器、VM管理器之间协同接口的标准化和规范化，满足无缝协同的要求；
●数据中心网络演进的过程中，可部署支持多模式转发的网络设备，即可支持现有的转发方式，也可支持SDN架构的转发控制方式，以满足后续演进的需求；
●持续关注SDN技术和架构的演进，参与国际标准制定，保证SDN架构的延续性和不同版本之间的兼容性。

相信不久的将来，基于SDN的未来数据中心将得到蓬勃发展，极大促进互联网及互联网应用的发展和丰富。