EVB數(shù)據(jù)中心應(yīng)用模型

EVB(Edge Virtual Bridging)是IEEE標準化組織針對數(shù)據(jù)中心虛擬化制定的一組技術(shù)標準，包含了虛擬化服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)互通的格式與轉(zhuǎn)發(fā)要求，以及針對虛擬機(VM: Virtual Machine)、虛擬IO通道對接網(wǎng)絡(luò)的一組控制管理協(xié)議。

這種開放的標準技術(shù)解決了此前服務(wù)器虛擬化后計算資源與網(wǎng)絡(luò)資源之間產(chǎn)生的管理邊界模糊問題，以及計算資源調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)自動化感知之間無法關(guān)聯(lián)的問題。

1 EVB對數(shù)據(jù)中心虛擬化架構(gòu)的變革

虛擬化是數(shù)據(jù)中心技術(shù)領(lǐng)域的成熟話題，而計算虛擬化、存儲虛擬化技術(shù)發(fā)展較快，特別是計算的虛擬化，基本已形成業(yè)界共識的技術(shù)形態(tài)，即對服務(wù)器計算能力進行邏輯分割，（如圖1所示）在同一物理機上運行多個操作系統(tǒng)，并衍生出了大量的技術(shù)（如遷移、HA等）。

圖1 計算虛擬化

網(wǎng)絡(luò)本身也有大量虛擬化技術(shù)，并且不斷在變革網(wǎng)絡(luò)本身的架構(gòu)，但是在應(yīng)對計算虛擬化的快速進程中，配套的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)直到EVB標準提出后，才使得網(wǎng)絡(luò)具備了對接計算虛擬化的能力。

在EVB出現(xiàn)之前的服務(wù)器虛擬化系統(tǒng)中，為了滿足同一物理服務(wù)器內(nèi)VM之間的數(shù)據(jù)訪問，在服務(wù)器內(nèi)需要進行網(wǎng)絡(luò)配置（如圖2所示），在服務(wù)器中需要創(chuàng)建一個軟件的交換機或稱vSwitch(虛擬交換機)。這種模式使得數(shù)據(jù)中心存在大量分散的vSwitch(以服務(wù)器雙網(wǎng)卡模式而言，vSwitch數(shù)量將是服務(wù)器的兩倍)，而且vSwitch一般歸屬主機運維團隊管理，這使得vSwitch的配置管理難度極大。同時，VM遷移將對網(wǎng)絡(luò)的安全策略、配置的變更帶來極大挑戰(zhàn)，因為網(wǎng)絡(luò)無法感知VM的變化，vSwitch雖然可以感知VM，但其本身存在性能、功能與運維的巨大困難。

圖2 vSwitch支持VM之間數(shù)據(jù)訪問

EVB的本質(zhì)是將服務(wù)器中的網(wǎng)絡(luò)部分進行簡化、標準化，使得VM之間數(shù)據(jù)交換的功能通過外部網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)（如圖3所示）。EVB也定義了VM與網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)聯(lián)標準協(xié)議，使得VM在變更與遷移時通告網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)管系統(tǒng)，從而可以借助此標準實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心全網(wǎng)范圍的網(wǎng)絡(luò)配置變更自動化工作，使得大規(guī)模的虛擬機云計算服務(wù)運營部署自動化能夠?qū)崿F(xiàn)。

圖3 EVB技術(shù)原理

EVB不僅簡化了虛擬化結(jié)構(gòu)，并使得網(wǎng)絡(luò)參與虛擬化計算，變革了原來交疊不清的管理界面和模式，關(guān)聯(lián)了虛擬機變化(創(chuàng)建、遷移、撤銷、屬性修改等)和網(wǎng)絡(luò)感知，這些都是通過確定和簡單的技術(shù)如Multi Channel和協(xié)議如VDP(VSI Discovery and Configuration Protocol)來實現(xiàn)的。這些技術(shù)與協(xié)議將會如同ARP、DHCP等標準的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一樣為數(shù)據(jù)中心IT基礎(chǔ)設(shè)施所認識和支持，成為虛擬化環(huán)境中的標準和基礎(chǔ)協(xié)議。

2 EVB的虛擬化應(yīng)用模型

EVB虛擬化環(huán)境中主要涉及的是計算與網(wǎng)絡(luò)，因此在這樣的應(yīng)用環(huán)境中定義一個四角色的應(yīng)用模型（如圖4所示），圖中左側(cè)包含了虛擬化的物理服務(wù)器(內(nèi)部運行多個VM)、虛擬機的管理系統(tǒng)VMM(Virtual Machine Manager)，右側(cè)由EVB網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)連接資源管理系統(tǒng)CRM(Connection Resource Manager)。這里Connection定義為VM與網(wǎng)絡(luò)之間的一個具有握手的松耦合連接關(guān)系，并通過標準VDP的會話來保持，每一個Connection在網(wǎng)絡(luò)上映射為一個VSI(Virtual Station Interface)；VSI本身是VM的虛IO接口(VM的虛擬網(wǎng)卡vNIC)，我們在網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)上也在交換機的虛擬端口vPort上創(chuàng)建了VSI信息，這個信息當前由(VLAN、MAC)來標識，這實際上是將VM的VSI通過VDP、Multi-Channel/S-Channel映射到網(wǎng)絡(luò)上。

圖4 EVB虛擬化應(yīng)用模型

從專業(yè)化管理的角度，圖4中的角色縱向關(guān)系是深度緊耦合的，即VMM與虛擬化服務(wù)器構(gòu)成了虛擬化的計算運行系統(tǒng)、CRM與EVB網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了虛擬機交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

從系統(tǒng)自動化關(guān)聯(lián)的角度，VMM與CRM之間可以通過SOAP（Simple Object Access Protocol）或REST（Representational State Transfer）接口來交互VM、網(wǎng)絡(luò)資源以及業(yè)務(wù)的屬性、操作等信息。VM與網(wǎng)絡(luò)資源(vPort、網(wǎng)絡(luò)VSI)之間則通過EVB定義的數(shù)據(jù)通道方式、控制協(xié)議來交互。

3 如何構(gòu)建大規(guī)模虛擬機交換網(wǎng)絡(luò)

對于虛擬化數(shù)據(jù)中心，不僅虛擬機的數(shù)量與網(wǎng)絡(luò)的交換處理能力有關(guān)，大規(guī)模虛擬機與網(wǎng)絡(luò)的控制信息交互、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與iMC 的信息交互都與網(wǎng)絡(luò)的CPU系統(tǒng)、網(wǎng)管處理能力相關(guān)。單個H3C iMC系統(tǒng)可維護多達數(shù)萬個虛擬機的網(wǎng)絡(luò)接入，但要支持更大規(guī)模、多中心的虛擬機接入，需要一種層級化的網(wǎng)絡(luò)管理模式。如圖5所示，iMC以層級化方式可以擴展到較大的物理空間，并實現(xiàn)虛擬機接入的本地管理，虛擬機遷移的網(wǎng)絡(luò)信息傳遞，這種方式可構(gòu)成數(shù)十萬至百萬級的虛擬機網(wǎng)絡(luò)部署模型，并實現(xiàn)大范圍的自動化配置。

圖5 大規(guī)模、多中心的層級化部署模式

圖5中物理服務(wù)器內(nèi)示意了三種典型的虛擬機接入網(wǎng)絡(luò)方式，也是EVB標準中定義的三種模式。對于物理機來說，網(wǎng)絡(luò)邊界體現(xiàn)在網(wǎng)卡與交換機的連接上；對于虛擬機而言，邊界則表現(xiàn)為虛擬網(wǎng)卡vNIC與VSI/VEPA/VEB的連接上(VSI可以認為是一個兩端口的通道、VEPA即是基本的端口聚合器、VEB是原始vSwitch形態(tài))，通過這些連接中繼到外部接入交換機。在交換機上則有虛擬端口和通道與這些中繼部件對應(yīng)，從而形成了轉(zhuǎn)發(fā)層面上的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)通路。接入交換機與網(wǎng)絡(luò)核心、數(shù)據(jù)中心之間網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)建一個大范圍、大規(guī)模的二層多路徑，使得虛擬機之間的通信、虛擬機對外的服務(wù)可以延伸到整個數(shù)據(jù)中心、多個數(shù)據(jù)中心的區(qū)域。在單個數(shù)據(jù)中心或一定規(guī)模的虛擬化區(qū)域內(nèi)，基于iMC虛擬管理組件CRM(連接資源管理組件)的能力，形成一個管理級別，iMC本身具備分級管理能力，這樣就可以將大范圍的虛擬化網(wǎng)絡(luò)按照層級方式統(tǒng)一管理，使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)支持虛擬機的極大擴展能力。

4 結(jié)束語

虛擬化數(shù)據(jù)中心當前的難點在于網(wǎng)絡(luò)部署的自動化、運行簡化以及規(guī)模的擴展。采用新的網(wǎng)絡(luò)標準化技術(shù)EVB協(xié)議族實現(xiàn)基于虛擬機的感知、控制，可以消除當前虛擬化環(huán)境的管理運行困境，簡化和清晰虛擬計算與網(wǎng)絡(luò)控制的關(guān)系。

作者：劉新民