深度解讀數(shù)據(jù)中心虛擬化的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)
導(dǎo)讀：數(shù)據(jù)中心虛擬化還是個(gè)比較新的技術(shù)，有待技術(shù)專家的進(jìn)一步研究，在當(dāng)今社會(huì)也可以說是相當(dāng)流行的，很受大家的歡迎。下面就為大家深度解讀數(shù)據(jù)中心虛擬化的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。
虛擬機(jī)(VM)這個(gè)術(shù)語最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代。自那時(shí)起，各種各樣的虛擬化技術(shù)被用作一種高效的機(jī)制。最新研究發(fā)現(xiàn)，2010午，有近60%的數(shù)據(jù)中心在進(jìn)行虛擬化部署擴(kuò)張。
虛擬化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)已有多年的歷史。Ethernet VLANs IPSec、SSL VPNs及通過MPLS或虛擬路由實(shí)現(xiàn)的L3 VPNs等領(lǐng)先技術(shù)都是經(jīng)驗(yàn)證切實(shí)可行的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的典型代表。這些技術(shù)確保各類用戶共享一組物理資源，因而保證了設(shè)備所需的隔離、性能和安全性。此外，所有這些優(yōu)勢(shì)也適用于應(yīng)用主機(jī)平臺(tái)。服務(wù)器虛擬化機(jī)制目前已經(jīng)很常見而且服務(wù)器虛擬化被視為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算融合的關(guān)鍵。根據(jù)研究公司 Gartner的研究顯示，到2012年，將部署大約5800萬臺(tái)虛擬機(jī)?！ ?/p>
什么是服務(wù)器虛擬化？
為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心整合的優(yōu)勢(shì)，很多安裝單個(gè)操作系統(tǒng)(operating system,OS)和(通常安裝)一個(gè)托管應(yīng)用程序的末充分利用的物理服務(wù)器正在被支持多用戶操作系統(tǒng)和應(yīng)用實(shí)例的少數(shù)系統(tǒng)所替代。該虛擬機(jī)方案能顯著提高效率、能源利用率以及cpu和內(nèi)存等昂貴硬件資源的可用性。一臺(tái)服務(wù)器一個(gè)應(yīng)用程序"的模式即將成為歷史。
服務(wù)器虛擬化如何改變數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)？
數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的深層變革對(duì)于部分網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)和虛擬服務(wù)器本身來說意義重大。早在出現(xiàn)這種虛擬化服務(wù)器模式之前，應(yīng)用程序與物理計(jì)算資源捆綁在一起，所需的全部網(wǎng)絡(luò)功能均在服務(wù)器外部完成。分組交換和路由選擇等操作以及防火墻和入侵防御等網(wǎng)絡(luò)安全功能均在遠(yuǎn)離主機(jī)服務(wù)器端的離散設(shè)備層中完成。此外，服務(wù)器基礎(chǔ)架構(gòu)通常采用用來均衡分散主機(jī)平臺(tái)流量的應(yīng)用程序負(fù)載均衡器安裝在前端。該網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)的擴(kuò)展將致使極為復(fù)雜的高耗電數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。
當(dāng)IT管理者對(duì)主機(jī)資源進(jìn)行虛擬化時(shí)，需要將應(yīng)用程序與服務(wù)器的比例由1:1調(diào)整為N:l，這一調(diào)整對(duì)服務(wù)器本身來說意義重大，并會(huì)改變我們的思維萬式和數(shù)據(jù)中心的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。目前這一代多核x86服務(wù)器的單一CPU晶粒上有6個(gè)或更多內(nèi)核，在未來幾年，內(nèi)核密度有望達(dá)到8或12英寸。這些服務(wù)器能夠支持單臺(tái)物理設(shè)備上的多個(gè)應(yīng)用性序。在利用單臺(tái)物理服務(wù)器支持多個(gè)應(yīng)用程序時(shí)，IT管理者和架構(gòu)師必須考慮這一根本性調(diào)整是如何影響網(wǎng)絡(luò)的。除了具備應(yīng)用程序和控制平面處理功能之外，這一調(diào)整還要求之前內(nèi)置在 x86服務(wù)器外部的網(wǎng)絡(luò)和安全功能必須在虛擬化多核平臺(tái)內(nèi)部壓縮，確保在分散的硬件中實(shí)現(xiàn)同一套功能。由于封包分類、甚于流量的負(fù)載均衡(load balancing)、主動(dòng)流量狀態(tài)管理和流量抑制(flow pinning)L2交換、L3轉(zhuǎn)發(fā)和Qos處理等特殊處理功能過去存在于分散的"一臺(tái)主機(jī)一個(gè)應(yīng)用程序(1:1 host-to-application)模式下，必須在分散設(shè)備外部將它們壓縮到虛擬化X86服務(wù)器中。
具體來講，當(dāng)服務(wù)器端接收到流量時(shí)，必須將各種數(shù)據(jù)包處理和安全工作荷載應(yīng)用于數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類，以確定目標(biāo)內(nèi)核/應(yīng)用程序。流量必須配備適用的安全策略，以避開網(wǎng)絡(luò)威脅，此外，就IPSec和SSL流量而言，還必須對(duì)其進(jìn)行加密/解密。最后，必須制定L2交換決策，將數(shù)據(jù)包放置于合適的虛擬機(jī)上。除了這些要求之外，該處理操作還必須采用有狀態(tài)的萬式進(jìn)行，以確保屬于相同數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包能全部到達(dá)同一個(gè)目標(biāo)應(yīng)用程序。
need a Virtualized Network in here!此處需要部署一個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)
這種數(shù)據(jù)包處理器通常部署在軟件中，充當(dāng)虛擬機(jī)管理程序的一個(gè)組件，然而多核x86服務(wù)器沒有經(jīng)過優(yōu)化處理，不能用作網(wǎng)絡(luò)和安全處理，因而會(huì)給設(shè)備帶來嚴(yán)重的性能問題，這種僅適用于x86服務(wù)器的基礎(chǔ)架構(gòu)不能捕獲數(shù)據(jù)包和以最高的速度處理數(shù)據(jù)流，因?yàn)閿?shù)據(jù)包處理、中斷處理、安全處理、分組及轉(zhuǎn)發(fā)等全部任務(wù)都在浪費(fèi)寶貴的CPU周期。執(zhí)行軟件中的各類任務(wù)會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器性能低下和耗電量增加(1吉比特每秒的吞吐量)，這最終意味若應(yīng)用程序的性能下降。因此，最終結(jié)果是，這種新的體系結(jié)構(gòu)需要更多服務(wù)器來支持計(jì)算負(fù)荷，因而無法達(dá)到指望利用虛擬化達(dá)到的預(yù)期效果。
進(jìn)入I/O虛擬化技術(shù)
虛擬化網(wǎng)絡(luò)與虛擬化服務(wù)器之間缺失的鏈路是網(wǎng)絡(luò)接口與各虛擬機(jī)的I/O。一種創(chuàng)新的虛擬化服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)可以跨越一條高性能、具有虛擬化感知能力的 PCIe通信路徑同時(shí)部署工作負(fù)載經(jīng)優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)流處理器(network flow processors,NEP)和x86多核處理器。網(wǎng)絡(luò)流處理器 (network flow processors,NFP)對(duì)x86服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)和安全處理工作進(jìn)行基于硬件的負(fù)載分流，確保將所有CPU周期還給處理器，并確保處理器集中實(shí)施應(yīng)用程序和控制平面處理。該體系構(gòu)支持以極高速率20Gbps甚至更高)向虛擬機(jī)高效傳輸數(shù)據(jù)。
Load Balancer:負(fù)載均衡器;Classifier/Flow State:分類器/流量狀態(tài) L2 Switch:L2交換機(jī)
這些專用的數(shù)據(jù)流處理器經(jīng)過優(yōu)化處理，可對(duì)通用多核cpu繁重的工作量逆行負(fù)載分流，并能夠處理底層數(shù)據(jù)包處理任務(wù)和加快高層數(shù)據(jù)流及應(yīng)用層處理速度。這一加速體系結(jié)構(gòu)采用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的數(shù)據(jù)流處理器內(nèi)核，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類、有狀態(tài)的數(shù)據(jù)流分析、深層數(shù)據(jù)包檢測(cè)、加密以及基于流量的動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡。此外，將數(shù)據(jù)流解復(fù)用到指定虛擬機(jī)的主要功能將在數(shù)據(jù)流處理器中實(shí)施，而且L2交換不必在虛擬機(jī)管理程序中進(jìn)行。該I/O虛擬化(IVO) 技術(shù)提供保障帶寬、延遲和允許在多個(gè)內(nèi)核和虛擬機(jī)中進(jìn)行流量隔離。沒有1/O虛擬化(IOV)技術(shù)，就不能發(fā)揮OS虛擬化的眾多優(yōu)勢(shì)。
利用上述想法在數(shù)據(jù)中心架構(gòu)產(chǎn)品將使我們能夠采用最高效和最環(huán)保的方式利用我們稀缺的處理資源，以滿足用戶對(duì)更高帶寬的需求。通過上文的介紹，相信大家對(duì)深度解讀數(shù)據(jù)中心虛擬化的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)已經(jīng)有個(gè)初步的了解，多關(guān)心關(guān)心科技的發(fā)展，有利于我們個(gè)人自身的發(fā)展進(jìn)步提高。
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