云计算环境下的网络技术探讨

王鹏程　李丹

摘要：随着网络技术的进步，云计算越来越被网络行业重视。云计算通过网络实现对各种IT能力灵活调用的服务模式。在云计算背景下，以数据为核心的网络技术越来越得到广泛关注。本文介绍了云计算网络技术体系框架，对云技术环境下的网络技术进行了探讨，最后为云计算网络发展提出了建议。

关键词：云计算；网络技术；建议

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）28-0051-02

云计算是通过网络实现对IT能力灵活调用的服务模式。它通过分布式计算、虚拟化技术等手段，将资源和任务统一管理调度，实现应用的按需使用。但随着网络的发展和云计算数据的激增，传统的数据中心已经不能满足云计算的需要，促使云计新技术的催生。云计算环境下网络技术的出现使企业信息化成本降低，使系统的资源利用率提升，推动了网络技术的进步和信息化服务的快速发展。

1云计算网络技术体系框架

1.1云计算网络技术体系框架更新的背景

传统数据中心大多是IP网络中层次化汇聚的组网模式，将服务器等网络设备连接以太网交换机，进而与互联网连接[1]。但是，传统的数据中心基本是互联网用户和服务器之间的数据交互，使用层次化组网模式比较适合。随着网络的发展，数据信息激增，云计算业务应运而生。云计算业务主要是通过数据中心内部进行承载。数据中心随着云计算业务的发展而发展，经过不断演变，使以云计算业务为目的的数据中心出现了规模化、虚拟化等趋势，促进了数据中心的变革。但云计算但数据交互流量非常大，传统的层次化组网模式不能满足云计算模式，因此需要进行更新数据中心的网络架构。

1.2云计算网络技术体系框架的具体架构

图1是云计算网络技术体系框架，从图中我们可以知道，云计算网络交互可以分为四种：一种是网络交互发生在虚拟机之间；第二种网络交互发生在服务器之间；第三种网络交互发生在数据中心之间；第四种网络交互发生在用户和数据中心之间。可以看出，虚拟机、服务器之间的网络数据交互发生在数据中心内部。

第一，虚拟机之间的网络交互，目前一般通过虚拟交换机进行；

第二，服务器之间的网络交互，一般是利用交换机进行交互，在服务器之间实现纵向和横向的流量交互。

第三，数据中心之间的网络交互，如果是同城就可以通过城域网进行交互连接，如果不同城则通过骨干网互联。随着数据量的剧增，有些业务一个数据中心不能够完成操作，而需要通过不同的数据中心进行操作，因此需要进行二层网络的打架。

第四，用户与数据中心之间的网络交互一般是通过城域网进行。随着云业务的升级，信息数据的激增，用户与数据中心之间的流量增大，需要更大的和更加智能的网络宽带进行流量数据的承载。此外，当多个数据中心同时工作或者一个数据中心向另一个数据中心进行流量的迁移，就需要考虑如何能够做到快速数据中心的切换。

2 云计算环境下网络技术的探讨

2.1虚拟机本地互访网络

当前技术下，一般使用虚拟交换机能够对同一台服务器内部虚拟机之间的网络交互连接。虚拟交换机通常在服务器内部运行，不需要硬件运行，单纯依靠软件实现网络互访。这种通过虚拟机进行本地网络互访虽然非常简单直接，却有不少问题存在：一是不能够实现虚拟机之间的流量监控，传统的系统比较落后，很难进行流量的监控；二是虚拟机性能会随着流量的增大而加大了服务器处理中心的负担，使得虚拟机性能变差。为了解决以上问题，两个技术标准应运而生：IEEE 的 802.1Qgb Edge Virtual Bridging和 IEEE 的 802.1Br Bridge Port Extension。802.1Qgb 标准主要包括VEPA（virtual Ethernet port）和多通道（multichannel）这两种方案 [4]。VEPA其实不能够进行虚拟机本地互访网络，只能够把报文传送到外部交换机上操作，实现报文的转发。利用VEPA使虚拟交换机的工作更加简洁，并将外部网络扩展到了服务器内部。多通道技术借用了Q-in-Q 的 VLAN 标签，实现了虚拟机本地互访网络互联，并进行细致区流量类型，再建立单独通道使流量进入外部交换机，确保网络安全以及管理的可靠性[3]。目前，这两种标准还处于发展阶段，802.1Br要利用硬件设备实现，802.1Qbg需要通过修改交换机的驱动程序，两种标准各有优劣，何种标准更加具有优势还需要进一步通过实践论证。

2.2数据中心二层互访网络

当前，树状三层网络架构是数据中心普遍采用的。如果两个服务器在数据中心的不同分支时，实现服务器之间的网络交互就需要通过核心层来进行，这样就需要消耗大量时间，此种方式在当前云计算服务的横向流量剧增的情况下已经无法满足。而且，假设在此种网络架构下添加防火墙设备，就等于再在结构中增加一个VLAN，如果VLAN下单虚拟机超出范围，就会使得虚拟机无法正常运转。以上问题的解决方法主要是将三层结构变成二层结构，实现数据中心结构的扁平化，即是将汇聚层剔除，只剩下接入层和核心层两级，简化了网络结构，增加服务器能力，保证虚拟机能够正常迁移。如图2所示，

应该注意的是，数据中心结构的变化会产生许多技术问题。利用虚拟化技术将服务器虚拟化成多台服务器，增加了数据中心的网络规模。不过传统网络是通过STP生成树状协议进行环路的避免，使得多条路径不同，不适合大规模的网络转发。为了解决上述问题，控制平面和数据两种平面虚拟化技术便产生了，不仅避免了环路，还增强了宽带的利用。

2.3数据中心跨站点二层互访网络

传统网络中，扩容是多数据中心的主要功能，在云计算环境下，主要进行分布式计算以及对虚拟机实现跨站点迁移，这就需要构建跨数据中心的二层网络。通过光纤直连能够很快捷地实现多站点二层网络，但从实际来看，数据中心很少能够做到直连，目前基本上都是直接在IP网上打隧进行二层互联。传统技术包括 VLLo GRE/VPLSo GRE 和 L2TPv3 等。最新技术是由思科提出的 OTV（overlay transport virtualization）私有技术，将以太网报文通过“Mac in IP”方式进行原始封装，路由规则主要使用MAC地址，使得网络叠加，便于在二层连接能够在分散的数据中心间实现，并且还能够使这些数据中心相互独立，确保IP互联的容错性和永续性[4]。

2.4用户接入网络

进行跨数据中心的二层网络构建使得用户接入数据中心会产生以下问题：第一，在进行多站式分布计算时，用户需要考虑是进行此数据中心的接入还是彼数据中心；第二，用户如何在业务虚拟机在数据中心之间迁移之后快速切换。业务虚拟机进行数据中心之间的迁移时，并不会改变IP地址，这就使得多站点选择技术更加复杂。

在实际操作中，用户联网的技术采用的大多是DNS技术，而当前比较新的LISP（locator/ID separation protocol）路由发现技术采用的比较少。DNS技术可以对把一个域名分散成多个IP地址，用户就可以使用分成出来的IP进行数据中心的交联。假设虚拟机跨数据中心迁移，但是IP地址并没有发生改变，所以增加NAT设备在虚拟机的外部，使IP地址转换为多个虚拟IP，便于用户进行切换。思科的LISP技术是一个IPin IP协议，是一种名址分离网络技术，能够在IP不变的同时使用户能够精准接入数据中心[5]。

2.5 SDN 技术

SDN技术是一种适应当前网络发展的技术，实现控制和转发的分离。在传统网络设备紧耦合架构中将控制层拆分出来，实现三层逻辑架构。SDN是基于Open Flow，并受到广泛关注的最新网络技术，能够很好地在云计算环境下实现数据中心的网络互联，进行信息资源的优化整合，实现网络虚拟化以及虚拟机之间的迁移[6]。

3 云计算网络发展建议

表1是网络技术类型与技术对比表，从中可以看出不同类型网络技术需求与最新技术之间的对比。当前，云计算环境下，网络技术有着更紧缺的需求，作为技术开发中应该要明白传统技术的发展跟不上技术进步形势。从长远看，新技术能够更好地适应技术需求。可以预测的是，同一需求能够产生多种技术来实现，究竟哪一种技术能够占据主导并不能确定。但需要做好准备工作，便于新技术的应用。首先是将传统的数据中心三层架构变为二层架构，在产品实现支持之后向TRILL/SPB 技术演进[7]。其次，技术界不太认同数据中心之间的迁移，所以需要尽量减少多个数据中心之间频繁的大规模迁移，防止意外因素造成的数据丢失。当前国外数据中心之间的数据互联剧增，做好数据中心间的光纤直连具有非常现实的意义。随着技术的更新发展，私有协议将会成为技术发展的导向，通过私有协议以及SDN技术实现不同设备之间的数据共连将会成为技术发展的新方向。

4 结束语

随着网络技术的发展，传统的技术已经越来越不能满足服务需求。云计算作为新的数据服务模式，需要更便捷迅速的网络作为基础。在云计算环境下，新的网络技术不断出现以适应新的需求，如虚拟网络技术、SDN技术等。但应该意识到的是，当前虚拟网络技术并不成熟，还需要加大研究；SDN技术虽然是云计算发展的新方向，仍需要进行技术的更新应用。随着信息化时代和现代化建设进程的加快，云计算环境下的网络技术研究必将成为网络技术发展的新课题，对促进中国现代化建设有重要的推动作用。。

参考文献：

[1]郑高峰.基于“大数据”环境下的计算机信息处理技术探讨[J].信息通信，2015（2）：98.

[2]周振吉，吴礼发，洪征等.云计算环境下的虚拟机可信度量模型[J].东南大学学报（自然科学版），2014（1）：45-50.

[3]王喆.云计算与现代网络技术发展探究[J].科技传播，2015（8）：137-137，147.

[4] 赵雷霆.运营商级云计算数据中心发展研究[J].信息安全与技术，2011（8）：36-39.

[5]刘殊.云计算环境下的计算机网络安全研究[J].信息与电脑，2015（14）：139-141.

[6]张盎微.云计算环境下存储虚拟化文档加密研究[J].软件导刊，2014（6）：135-136.

[7]罗亮，吴文峻，张飞等.面向云计算数据中心的能耗建模方法[J].软件学报，2014（7）：1371-1387.