基于SDN的云计算数据中心网络技术探讨

太原市轨道交通发展有限公司 刘海川

山西晋中理工学院 花 蕾

本文尝试对基于SDN的云计算数据中心网络技术进行分析。对于云计算数据中心来说，其主要特征为成本低、可伸缩、可按需使用等，也正是因为上述特征使其在各行业受到了欢迎。虚拟化技术是现阶段实现云计算数据中心建设的主要技术，在实际应用中体现出按需动态扩展、易于管理等优势，这也使得其整体可靠性得到了提升。然而，虚拟化技术的出现使得云计算数据中心网络技术受到了一定限制，在业务开展的过程中经常会面临瓶颈。另一方面，应该注意对网络资源进行共享，通过这种方式来实现对多个租户网络的安全隔离，这样可以实现对资源的灵活调度，同时也可以对资源进行动态配置，保证了差异化服务效果，更加有利于搭建一个高效、稳定、执行力强的网络体系。

1 云计算数据中心网络技术

云计算数据中心网络可以分为内部网络和数据中心间的网络，通过这种方式来满足当前网络通信的需求。对于数据中心间来说，其主要是为了满足网络数据中心系统的同步需求、远程数据备份等。随着我国信息化技术水平提升，云计算技术的应用越来越广泛，使得数据储存、计算工作取得了良好效果。云计算技术的应用可以实现对大量数据信息的分类、处理，并且从信息数据中提取出有价值的信息；同时，云计算数据中心计算实现虚拟化之后，可以更好的服务于用户，能够对底层硬件基础设施进行抽象化展示，从而形成了资源池的改变，这也使得后续网络系统运行有了具体依据。资源池的形成还可以实现对用户实际需求的动态分配、升级维护等，并且享受了无限量的资源体系，进而强化了用户系统的使用体验。云计算数据中心网络可以连接多种分布式资源以及虚拟组件，并且可以实现物理服务器的流量汇聚转发以及远程备份，这也使得所建立起的资源池规模更大。尽管现阶段云计算数据中心的组件正在逐渐实现完全虚拟化，但是连接这些组件的网络系统却没能实现虚拟化，这使得云计算数据中心IT资源没有实现按需分配、动态分配的情况依然存在，直接导致了其与静态网络实际需求不匹配，从而使得系统整体服务水平下降，不能够保证业务在规定期限之内完成。

2 云计算数据中心网络虚拟化建设

2.1 网卡虚拟化

为了有效保证VM与外部网络环境互交的效果，应该注意对不同用户的业务感知情况、标识情况进行确定，一般应用到的技术包括VM虚拟网络适配器感知、网卡SR-IOV感知等，其在实际应用的过程中发挥出了理想效果。对于基于虚拟网络适配器感知来说，其拥有属于自己的vNIC，此种方式在实际应用的过程中可实现对数据报文的透明传输，并且其传输方式较为简单，操作环节也相对简洁。对于网卡SRIOV感知来说，在实际应用的过程中主要是借助SR-IOV特性中的物理网卡方式来使其与物理网卡之间建立起多个独立的逻辑通道，通过这种方式来将其与网卡进行绑定，这样可以使系统的转发性能以及业务感知能力得到提升。

2.2 二层虚拟网络

对于二层虚拟网络技术来说，其主要是在物理网络系统上封装二层逻辑网络。此项技术主要是利用了隧道机制，通过这一机制的利用可以实现应用某种形式的租户标识来进行字符表示，这样可以将隧道所收到的信息数据通过分组解析的方式形成正确网桥，从而建立起二层虚拟网络。

3 基于SDN的云计算数据中心网络技术探讨

3.1 SDN

SDN是软件定义网络的缩写。一开始，SDN这一概念是由斯坦福大学研究人员提出来的，其主要目的是为了搭建以测试新的网络技术为基准的真实网络环境。当时，对SDN的组成部分进行了划分，其主要包括三个核心概念，即转发与控制分离、开放应用程序接口以及集中流表控制。对于这种网络结构来说，其整体复杂程度并不高，主网络结构主要是利用控制与转发分离的方式来实现层与层之间的接口互联，此种连接方法的应用也实现了对抽象底层网络的有效控制，并且增加了网络结构的整体灵活性。通过控制层开放的方式可以实现API与应用层的有效对接，从而为网络来控制系统提供更为流畅的操作界面，也更加有利于对客户网络进行集中控制。

3.2 扁平化网络设计

对于数据中心网络来说，对其进行扁平化网络设计非常有必要，其主要是指对原来的核心层、汇聚层以及接入层进行一定调整，然后将其与汇聚层进行合并，通过这种方式可以实现对上下行带宽的收敛设计，可以进一步提高接入交换机的配置，使得交换机的运行更为顺畅。在进行具体网络拓扑结构的时候，应该将每台接入的交换机都通过上行链路连接到核心层的核心交换机中，有几个核心变换机就设定几条上行链路，通过这种方式来尽可能做到流量均衡，这也是此种结构所具备的优势之一。

3.3 边缘虚拟桥技术

为了实现对周围环境的有效虚拟，应该注意利用虚拟机，对其与网络系统之间的连接问题进行确定，从而产生了EVB技术，即边缘虚拟桥技术，其数据层面包括三种模式，即VEPA模式、VEB模式以及Channel模式，这种模式在实际运用中使得数据层面的功能性更加完善，实现了对一个虚拟感知层的定义。当其中一个虚拟机上线的时候，需要通过VDP协议来实现对相连接的物理交换机进行通告和信息交换，通过这种方式可以使参数、配置数据的下发更为及时，这也为设备选型提供了必要的技术支持。为了使云数据中心的整体服务水平得到提升，应该确定当前网络用户的实际需求，突破数量限制，要通过核心协议来进行封装映射，这样可以使IP层的数据跟踪能力、共享能力得到保证，其封装格式包括多种，如NVGRE、VXLAN等。在具体操作的过程中，如果同一个租户有两个完全不同的虚拟机分别连在不同的物理交换机上，这时候应该注意对其地址进行明确，主要是通过隧道传递的方式来建立起地址网络，可以使数据信息的传递效果更为理想。

3.4 数据中心网络

如图1所示，基于SDN的数据中心是虚拟化平台实现物理服务器资源储存、处理等的关键，在展开虚拟化资源管理工作的时候，主要是以软件为基础来实现VM、虚拟储存等。对于网络虚拟化管理、配置来说，是通过网络管理人员来展开，这就需要服务器的虚拟化资源始终处于动态变化中，从而实现对软件的实时自动配置，保证网络中的物理交换机等组件的功能得到有效发挥。SDN以其转发以及控制分离等优势进行了网络体系构架的建设，这也使得系统业务的整体灵活性得到了保证，使得集中式的全网管理模式在实际应用中发挥了理想效果，实现了对API接口的开发。这时候的应用程序在实际运转中往往无需进行业务归属感知，只需要统一的API接口便可以实现与云计算控制系统之间的信息互交，这一过程更为便捷。对于此方案来说，在实际运用中可以很好的兼容现有云计算平台，从而保证SDN以及云计算技术的平行演进，这也使得整个数据中心网络的物理组件、虚拟网络系统得到有效控制；尤其实现了对物理服务器内部网络系统的控制，使其与服务器之间的网络动态变化保持高度一致的状态，这也使得服务系统的整体灵活性得到了保证，也使得其运转更为高效。

图1 整体SDN网络构架图

结束语：对于传统的数据中心网络构架来说，在应用中往往很难满足大流量、多租户的需求，运用新型的网络设计方案可以构建起二层组网结构，这一结构的运用可以使设计方案的标准化程度得到提升。另外，还应该注意运用标准化协议以及EVB功能，这样可以使网络结构的整体流畅性以及稳定性得到保证。