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數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化技術概要
隨著云計算和大數(shù)據(jù)等新興應用的快速發(fā)展，“數(shù)據(jù)中心即計算機”(data center as a computer)的技術發(fā)展趨勢逐漸明朗。數(shù)據(jù)中心作為一臺計算機，與傳統(tǒng)的高性能計算機具有很大的不同。在高性能計算領域，因為服務器被獨占式的分配給租戶使用，所以其主要的優(yōu)化目標是“算得快”。但是在云計算領域，為了提高數(shù)據(jù)中心的利用率、降低其運營成本，服務器整合(server consolidation)技術將成為常態(tài)。此時，服務器內將同時運行不同租戶、不同應用的實例。一般來說，這些實例將以虛擬機或者容器的形式存在，從而大幅降低系統(tǒng)部署的復雜度、并提高其靈活性。
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)中心的核心部件，對多租戶、多應用的生產(chǎn)環(huán)境的支持是必不可少的。為此，諸多挑戰(zhàn)需要被解決，例如虛擬化帶來的MAC地址爆炸、二層網(wǎng)絡的擴展性和三層網(wǎng)絡不支持IP地址遷移的矛盾、以及應用需求的多變性和網(wǎng)絡配置的復雜性之間的矛盾等等。為了解決這些問題，研究人員提出了網(wǎng)絡虛擬化的概念。通過為不同租戶、不同應用構建相互隔離的虛擬網(wǎng)絡的方式，實現(xiàn)不同租戶和應用之間的地址空間和性能的隔離，從而滿足用戶對擴展性、靈活性和QoS的多重要求。近幾年，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化技術得到了學術界和工業(yè)界的廣泛關注。特別是隨著SDN技術的快速發(fā)展，各種SDN控制平臺大多集成了網(wǎng)絡虛擬化的相關部件。
面對如此眾多的相關技術，對其進行全面、系統(tǒng)的梳理，并理解其核心機理，對于我們構建自己的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化平臺具有重要意義。目前也存在一些針對網(wǎng)絡虛擬化技術的綜述文章存在，因此本文將力爭站在不同的視角來審視這個問題，從而給讀者一些新的內容。關于文章的組織結構，一方面由于內容較多，另一方面我們希望在刊發(fā)的過程中能夠與讀者有充分的交流，因此我們將采用連載的方式來呈現(xiàn)。當前文章的組織結構如下，若讀者有更好的建議，我們也會適當?shù)淖龀鲂薷摹?/p>
首先，以概要的形式介紹數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡及其所面臨的挑戰(zhàn)，從而說明數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化技術的必要性和緊迫性。
其次，我們會介紹一些當前主流的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化平臺，例如VMware NSX，IBM OpenDove，NEC VTN和思科的Nexus Virtual Services Appliance等等。這一章的主要目的是通過對平臺的介紹，使大家對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化技術有一些感性認識，并了解其主要功能。
再次，通過上面的分析之后，我們將明確構建一個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化平臺需要解決哪些關鍵問題。針對每一個關鍵技術問題，我們將單獨采用一節(jié)來進行介紹。這主要包括：
1. 覆蓋網(wǎng)絡技術或隧道技術。為用戶構建虛擬網(wǎng)絡，首先就需要為其構建隧道。目前較流行的隧道技術包括VxLAN，VxLAN-GPE，NVGRE和STT等。這一小節(jié)中，我們將對上述技術進行討論，并做必要的比較。
2. 配置管理技術。為了方便對網(wǎng)絡設備進行配置和管理，必要的配置和管理協(xié)議是不可或缺的。本小節(jié)將對目前較流行的OVSDB，OF-Config和RESTCONF協(xié)議進行比較和討論。
3. 網(wǎng)關技術。虛擬網(wǎng)絡與非虛擬網(wǎng)絡，以及不同虛擬網(wǎng)絡之間的通信都需要利用網(wǎng)關技術，而本小節(jié)將對常見的DGW、EGW和VGM等技術進行討論。
4. 服務鏈構建技術。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化技術的一個重要的功能即靈活的構建服務鏈，從而確保不同的數(shù)據(jù)流流經(jīng)不同的網(wǎng)絡功能部件、采用不同的服務策略。如何靈活的構建服務鏈以及典型技術，例如思科的vPath和IBM的pSwitch等，將是本小節(jié)的主要內容。
最后，我們將對本文進行總結，并對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡虛擬化方向的未來發(fā)展趨勢和未解決的關鍵科學問題進行必要的討論。
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