侯沁

在當今管理資源復雜，利用率不夠高的情況下，云計算明顯地成為了助力“互聯(lián)網(wǎng)+”問題的解決之路。作為近年來發(fā)展最快的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，云計算也被稱為第四次IT革命。據(jù)權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，到2016年，2/3的IT應(yīng)用服務(wù)將建立在云架構(gòu)上。作為云計算核心的基礎(chǔ)承載設(shè)施，數(shù)據(jù)中心在網(wǎng)絡(luò)中所扮演的角色也愈加重要。目前，新一代的云數(shù)據(jù)中心正逐漸取代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，并成為互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和流量的主要源頭。

云計算市場旺盛需求，帶動了IDC產(chǎn)業(yè)的高速增長。為把握這一機遇，中國電信和中國聯(lián)通先后成立了專門運營云計算業(yè)務(wù)的云公司。中國移動也在多個省市開展云計算相關(guān)業(yè)務(wù)的試驗?？梢灶A(yù)見，云計算業(yè)務(wù)將成為運營商未來業(yè)務(wù)增長、競爭的主要熱點之一。

現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)

現(xiàn)狀及問題

目前，國內(nèi)主要運營商在全國已建有數(shù)百個數(shù)據(jù)中心，年收入達上百億元。但這些數(shù)據(jù)中心大多從數(shù)據(jù)機房演變而來，主要提供機架出租和主機托管等附加值較低的業(yè)務(wù)。與業(yè)界領(lǐng)先者相比，運營商IDC存在以下問題：

組網(wǎng)技術(shù)落后，擴展性受限。虛擬機的大規(guī)模使用是云數(shù)據(jù)中心區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的一個最主要特點。由于虛擬機遷移要求，遷移前后的網(wǎng)絡(luò)要屬于同一個二層網(wǎng)絡(luò)。因此，新一代的數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)技術(shù)如Trill、SPB等都專注于構(gòu)建數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的大二層網(wǎng)絡(luò)。而運營商現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心多被分割成相互獨立的多個煙囪式的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，極大地限制了虛擬機遷移的范圍和用戶網(wǎng)絡(luò)的擴展性。同時由于各業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)彼此隔離、無法復用，降低了網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。

運營模式粗放，業(yè)務(wù)開通速度慢。業(yè)界領(lǐng)先的亞馬遜、阿里巴巴等互聯(lián)網(wǎng)公司已為客戶提供PaaS、SaaS等云服務(wù)，對用戶技術(shù)要求低，且業(yè)務(wù)開通僅需幾分鐘。而運營商數(shù)據(jù)中心機房目前還多以提供機房、機架出租等低附加值業(yè)務(wù)服務(wù)為主。用戶開通新業(yè)務(wù)需要通過提交申請、網(wǎng)絡(luò)劃分、逐臺設(shè)備配置等繁瑣的步驟，平均業(yè)務(wù)開通時間通常在幾周甚至幾個月左右。

高端資源不足，低端資源無法整合。作為互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的基礎(chǔ)服務(wù)體系，數(shù)據(jù)中心站點正在向大規(guī)模、集群化方向發(fā)展。國內(nèi)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，這兩年行業(yè)進行重組整合，較小的IDC服務(wù)商已經(jīng)被重組或者淘汰。

而運營商現(xiàn)有的IDC機房中，五星級、四星級機房僅占20%左右。這無疑難以滿足用戶對資源需求的增長趨勢。同時，由于設(shè)備和組網(wǎng)技術(shù)的限制，無法將多個數(shù)據(jù)中心資源整合在同一個二層網(wǎng)絡(luò)中形成一個邏輯資源池。這樣，當面對網(wǎng)絡(luò)資源需求較大的用戶時，一方面各機房都無力單獨滿足用戶的使用規(guī)模需求;另一方面，大量資源被閑置、浪費的矛盾現(xiàn)象。

IDC資源利用率不均，分布不合理。由于不同種類的業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)時延的要求不同，各用戶對IDC機房地理位置的敏感度也存在差異。

與此同時，當前運營商在一線城市機房的機架利用率和出口帶寬利用率也基本飽和。而三、四線城市機房的機架和帶寬利用率尚有可利用空間。但由于不支持虛擬化功能和統(tǒng)一的管理調(diào)度平臺，使得無法通過業(yè)務(wù)調(diào)度的方式，實現(xiàn)對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源的整合。

缺乏多數(shù)據(jù)中心協(xié)作機制，難以發(fā)揮固網(wǎng)資源優(yōu)勢。目前運營商不同等級數(shù)據(jù)中心間缺乏協(xié)同工作機制與熱點流量推送機制;與谷歌、臉書等公司的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)模式相比，用戶體驗上還有差距。此外，隨著云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)和服務(wù)器虛擬化的大規(guī)模使用，對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，如無阻塞網(wǎng)絡(luò);能夠感知虛擬機;支持多業(yè)務(wù)、多租戶;網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一運維，高度自動化、智能化管理等。

以上這些需求是現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)難以實現(xiàn)的。此時，SDN和NFV技術(shù)的適時出現(xiàn)，為利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，整合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)云化升級，提供一條解決思路。

SDN&NFV技術(shù)

助力云化升級

SDN即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，是繼云計算之后業(yè)界最關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)。2012年，谷歌在其數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)上的成功應(yīng)用SDN，標志著SDN進入到商用化階段。同時也使得數(shù)據(jù)中心成為業(yè)界公認的SDN技術(shù)應(yīng)用的首選場景。控制轉(zhuǎn)發(fā)分離、邏輯集中控制、開放可編程是SDN區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的主要特征。這些特征使得SDN能良好地滿足數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的使用需求。SDN 的控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，為實現(xiàn)集中管理創(chuàng)造了條件。而管理集中化正是提高網(wǎng)絡(luò)管理和業(yè)務(wù)部署自動化程度的必要前提。開放可編程接口則為將業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)需求提供了途徑。

NFV即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。該技術(shù)源自電信運營商，其最終目標是以軟件方式虛擬化IT資源，讓虛擬化部署能夠提供重要的網(wǎng)絡(luò)功能，而不再需求專業(yè)的物理設(shè)備。這些虛擬設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中將像物理設(shè)備那樣工作，且無需特定設(shè)備即可實現(xiàn)多種專業(yè)功能。此外，由于 NFV可以采用虛擬機的方式提供，再結(jié)合SDN的流量控制功能，可以輕易實現(xiàn)功能網(wǎng)元的按需彈性部署及Service Chain功能。

SDN的集中管理控制與NFV的快速彈性部署相結(jié)合，構(gòu)成了一條網(wǎng)絡(luò)硬件的通用性和軟件的開放性越來越高的發(fā)展道路。

云化演進方案

利用SDN技術(shù)和NFV技術(shù)，我們可以通過軟件方式實現(xiàn)對現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的云化升級，具體可分為以下幾個階段進行：

第一階段 ? 對服務(wù)器實施虛擬化改造，并使用支持vxlan的開源OVS虛擬交換機構(gòu)造大二層網(wǎng)絡(luò)。

已有大量實踐證明，通過使用虛擬化技術(shù)可以將服務(wù)器的資源利用率提高30%以上。同時，由于將原來需要多臺服務(wù)器承載的業(yè)務(wù)集中到一臺服務(wù)器上的多臺虛擬機處理，大幅降低了所需服務(wù)器的數(shù)量。這樣也節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)接口資源，使業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)“瘦”化，提高數(shù)據(jù)中心的整體承載能力。同時由于使用了VXLAN技術(shù)，使得不同的IDC站點只要IP可達，就可以在邏輯上構(gòu)成大二層overlay網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)整合多個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源的目的，提高了資源利用率。且由于使用的是開源軟件，升級成本十分低廉。

第二階段 ? 利用NFV技術(shù)提供防火墻、負載均衡、私有云等業(yè)務(wù)。NFV技術(shù)出現(xiàn)后，通過在虛擬機上安裝防火墻、虛擬路由器等功能鏡像，實現(xiàn)了針對各業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的資源彈性部署。在降低組網(wǎng)成本的同時，提高了服務(wù)種類、處理精度。

第三階段 ? 增加Controller，并通過Controller與OVS和NFV管理平臺的對接實現(xiàn)對OVS和NFV設(shè)備的統(tǒng)一控制，提高業(yè)務(wù)的按需自動化彈性部署能力。

第四階段 ? 當網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量足夠大時，通過將現(xiàn)有接入交換機更換為支持VXLAN封裝的交換機，提高業(yè)務(wù)處理能力。

由于OVS仍屬于軟件范疇，相對硬件存在性能瓶頸。在改造初期，由于運營商現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大多較小，對性能的要求也相對較低，OVS還能滿足使用需求。但隨著互聯(lián)數(shù)據(jù)中心站點數(shù)量的增加，對OVS的性能要求也直線上升，其性能問題就可能成為業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸。此時，原有的接入交換機已基本接近使用年限。可借助更換新型接入交換機的時機，將OVS對數(shù)據(jù)包的部分處理功能，如vxlan封裝，轉(zhuǎn)移到硬件的接入交換機側(cè)。從而降低OVS的性能壓力，滿足業(yè)務(wù)的使用需求。

通過以上幾個步驟，實現(xiàn)了在盡可能利舊現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下，用最小的代價完成傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心向云數(shù)據(jù)中心的升級。

SDN和NFV技術(shù)的適時出現(xiàn)，為利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，整合數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)云化升級，提供一條解決思路。