SDN交換機在不同場景的云計算網(wǎng)絡作用解析

　　對于SDN交換機在上述場景中的應用，用一句詞來總結，靈活百用。這里說的SDN交換機，不一定是OpenFlow交換機，更多的時候，通過在傳統(tǒng)交換機里面引入一個Cloud Agent。提供開放的API（JSON RPC或者REST API），也許是一種更好的接地氣的實現(xiàn)方式，

　　SDN的技術已經(jīng)發(fā)展了好幾年了，而云計算的歷史更長，兩者的結合更是作為SDN的一個殺手級應用在近兩年炒得火熱，一些知名咨詢公司的關于SDN逐年增加的市場份額的論斷，也主要是指SDN在云計算網(wǎng)絡中的應用。

　　關于SDN在云計算網(wǎng)絡中的應用，目前有兩個主要的流派，一個是VMware為代表的”軟”派，另外一個則是以思科為代表的“硬”派。前者主要是指整個網(wǎng)絡虛擬化方案的核心邏輯都是實現(xiàn)在服務器中的Hypervisor之上，物理網(wǎng)絡只是一個管道;而后者則是指網(wǎng)絡虛擬化的核心邏輯實現(xiàn)在物理網(wǎng)絡中（主要邊緣的機頂交換機，即TOR），只有交換機實現(xiàn)不了的部分才放到服務器或者別的專用設備中。這兩種方案各有千秋，也各有粉絲。

　　但是世界從來都不是單極的，也不是兩極，而是多極，現(xiàn)實網(wǎng)絡中有很多各種非常規(guī)的需求，這些需求并不是靠這兩個方案就可以解決的，或者說雖然他們能解決，但是不是最優(yōu)的，包括實現(xiàn)難度、性能和價格。作為一個長期使用硬件SDN為用戶提供解決方案的從業(yè)者，我在這里想來介紹一下現(xiàn)實世界中硬件SDN交換機是如何來解決一些云計算網(wǎng)絡中的特定場景需求的，這些需求無論公有云還是私有云都可能會碰到，私有云（包括托管云）居多，因為定制的需求在私有云中更常見。

　　需要特別說明的是，這里的這些場景，用思科的ACI都可以做到，因為本質上ACI的思路也是用硬件SDN來支持網(wǎng)絡虛擬化。但是由于很多用戶因為各種原因并不想使用思科ACI（如價格太貴、廠商鎖定、國產(chǎn)化趨勢等），所以他們需要另外的方案（我并不是說ACI不好，相反，純粹從技術的角度，我個人很欣賞ACI）。

　　云計算網(wǎng)絡對SDN控制器和交換機的定制要求

　　很多人對SDN交換機在云計算網(wǎng)絡中的應用都會有一些誤解。最典型的誤解有兩個，一個是總有人問，你們用的控制器是哪個控制器？能跟OpenDayLight/Ryu/ONOS對接嗎？另外一個則是，覺得只要拿一臺SDN交換機來，就可以支持云計算網(wǎng)絡場景，無論是哪個廠商的哪種SDN交換機。之所以有這兩個誤解，是因為很多人還沒理解到SDN就意味著跟應用相關的定制，以為隨便拿著一個通用的東西就可以來做云計算網(wǎng)絡了。云計算網(wǎng)絡作為一種特定的SDN場景，其控制器通常都是專門針對云計算這個場景設計的，功能單一，就是完成云計算網(wǎng)絡的需求，甚至都可能沒有顯式的控制器，而是隱藏在云平臺里面（比如直接實現(xiàn)在OpenStack Neutron Server中的代碼邏輯）。這種場景中的控制器沒法用作通用SDN控制器，反之，通用SDN控制器也沒法直接用于云計算網(wǎng)絡場景。至于第二個問題為什么說是誤解，那也就很容易理解了，連控制器都需要為云計算場景定制，更不要說SDN交換機了。所以并非是隨便拿一個SDN交換機過來就能支持云計算網(wǎng)絡場景，而需要有專門的深度定制。比如我們盛科網(wǎng)絡，就專門針對這個場景，設計了相應的控制器和交換機功能。

　　場景1：使用硬件SDN交換機提升性能

　　在這種場景中，用戶使用Tunnel Overlay的方式部署網(wǎng)絡虛擬化。但是由于vSwitch對Tunnel（VxLAN或者NvGRE）的操作對性能影響比較大（吞吐量偏低，延時偏大，抖動比較大，具體影響大小要看每個公司對它的實現(xiàn)和優(yōu)化），所以這個時候可以借助SDN TOR交換機來進行tunnel offload，把對性能影響比較大的tunnel操作offload到SDN TOR交換機上，其它所有操作保持在服務器中不變，邏輯上可以認為SDN TOR交換機是vSwitch的擴展。如果更進一步，則可以把分布式東西向L3 Gateway也放到SDN TOR上，這樣SDN TOR等于是深度參與到網(wǎng)絡虛擬化中。

　　并非所有用戶都認可這種模式，但是有人喜歡。目前這種場景我們已經(jīng)在幾個中小型的私有云和某著名IDC云中部署了，對這些云最大的幫助就是優(yōu)良的性能和穩(wěn)定性。數(shù)據(jù)流程見下圖。

　　場景2：使用硬件SDN交換機接入物理服務器

　　在不少人的理解中，以為云計算數(shù)據(jù)中心里面，所有的服務器都虛擬化了，實際上這個理解跟事實相去甚遠，不僅在很多公有云和私有云中有大量物理服務器存在，甚至有些云里面物理服務器還占了大頭。我接觸到的絕大多數(shù)真正有大量客戶實踐的云，基本上都有這個需求。原因也多種多樣，有的是現(xiàn)存的一些老的服務器沒有虛擬化能力，有的是客戶要跑一些非常消耗資源的應用，使用虛機性能太差或者性能不可預測，有的是客戶的某些服務器是定制化的服務器，有的是出于安全考慮，從物理上就不想跟別人共享，還有的則是用戶自帶服務器，壓根就不想云服務提供商來動，等等，總之原因是千奇百怪，但是都是客戶真實需求。

　　對于這個需求，如果使用Vlan組網(wǎng)，那還是比較容易搞定的，不用SDN交換機也勉強可以，因為要做隔離的話，直接在普通交換機上配置Vlan就行了。但是一旦使用Tunnel，那問題就來了，Tunnel VTEP配置在哪里？有人說可以在服務器上只起一個虛機，然后也安裝vSwitch，這樣當然也可以做，但是性能受損，不是客戶希望的，相當于欺騙客戶;還有人說專門設計一個特殊的vSwitch，安裝在服務器上，這樣理論上肯定也行，但是工作量就大了（不僅僅是設計這個vSwitch的工作量，還有云平臺控制的工作量），一般人搞不定。更何況，如果是用戶自帶設備根本不想你去動，這兩種辦法都行不通。對于這個場景，包括VMware在內的很多專業(yè)網(wǎng)絡虛擬化解決方案提供商，一般的做法都是通過一臺硬件SDN交換機作為VTEP Gateway，來將這些物理服務器接入到虛擬網(wǎng)絡中去，物理服務器不需要做任何事情。而且這種場景對作為VTEP Gateway的SDN交換機來說，還有一個比較重要的要求，是目前用某大牌交換芯片的所有交換機都做不到的，那就是需要交換機既能支持Tunnel bridging，也能支持Tunnel Routing（否則沒法做分布式L3 Gateway），當前用該大牌芯片的交換機只能支持前者，無法支持后者。思科的ACI之所以能支持后者，是因為他們用了自己一顆芯片。當然，該芯片提供商后面的芯片據(jù)說會解決這個問題。

　　盛科網(wǎng)絡的SDN交換機，用的是自研交換芯片，從第一代芯片開始就支持Tunnel bridging & routing。 目前針對這個場景的SDN交換機已經(jīng)大量部署和即將部署在多個公有云中。該場景架構見下圖（注：SDN的控制協(xié)議未必是OpenFlow，也可以是私有協(xié)議）

　　場景3：使用硬件SDN交換機接入硬件防火墻

　　云計算網(wǎng)絡中使用硬件防火墻，這個很常見。特別是企業(yè)私有云，托管云，甚至公有云里面也有。很多用戶明確提出，我原來用我的硬件防火墻用得很好，你要讓我上云可以，一定要把我的硬件防火墻用起來。那問題就來了，以前在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，用戶數(shù)據(jù)想經(jīng)過防火墻，很簡單，把防火墻串接在網(wǎng)絡出口或者配置一個ACL把流引過去就可以了。但是在云計算的網(wǎng)絡里面，有可能某個防火墻只是為某幾個用戶或者某一組應用服務的，甚至這個防火墻壓根就這個用戶自帶的，你不能把它物理上串接在網(wǎng)絡出口，必須要將流量引到放在某個機柜的防火墻上，但是這個時候用傳統(tǒng)ACL不合適，因為VM是動態(tài)產(chǎn)生的，策略也可能動態(tài)變化，你需要動態(tài)在交換機上配置ACL。用什么來做最合適？毫無疑問是SDN交換機，動態(tài)策略跟隨，本來就是SDN的強項，思科的ACI最核心的東西就是動態(tài)策略跟隨。

　　如果云計算網(wǎng)絡中使用了Tunnel，那問題會更麻煩，因為很多硬件防火墻不支持Tunnel，必須要有另外一個地方終結Tunnel，然后將Tunnel轉換成Vlan送到防火墻，誰來做這個事情最合適？毫無疑問，那就是支持Tunnel的SDN交換機。

　　有人說這樣的話防火墻仍然會受4K Vlan的限制。其實不然，因為Tunnel向Vlan轉換的時候，這里的Vlan可以是每端口唯一的，而不需要是全局唯一的。當然，這個也需要交換機能支持才行。盛科的SDN交換機就可以很好地支持這個需求。

　　場景4：使用硬件SDN交換機支持多個Hypervisor混合組網(wǎng)

　　說是多個Hypervisor，其實最多的還是說VMware跟其它Hypervisor的混合組網(wǎng)。因為無論是KVM還是Xen，那些開源的云平臺或者第三方中立的私有云平臺都能支持得很好，云平臺可以完全控制這些Hypervisor。但是VMware是一個閉源的Hypervisor，沒辦法隨心所欲控制。很多客戶都用了VMware以前的老產(chǎn)品，現(xiàn)在VPC比較熱，無論是趕時髦也好，還是真的有需求也好，他們都想能支持VPC，特別是基于Tunnel Overlay的VPC。有人說，那好辦啊，VMware不是有NSX專門來干這事嗎？盡管它提供了對OpenStack的driver，但是NSX非常貴，一般客戶用不起或者覺得不劃算。這些客戶要引入一些開源的KVM，XEN，但是又不想丟棄以前的VMware，還想讓這些Hypervisor一起組成VPC網(wǎng)絡。那怎么辦呢？

　　一個有效的解決方案就是使用SDN交換機接入使用了VMware的服務器，云平臺調用vCenter的接口配置VMware，使用Vlan標識租戶的network，然后在SDN交換機上，將Vlan轉換成Tunnel，如果要讓VM的流量送到防火墻去做過濾，也都可以通過SDN交換機去做。該方案已經(jīng)由我們的一個行業(yè)云服務提供商合作伙伴成功在其行業(yè)客戶中部署，該行業(yè)客戶群大量使用了VMware產(chǎn)品。而且我們發(fā)現(xiàn)有類似需求的私有云很多，說白了就是不想花錢買NSX，而又想有某些NSX的功能。該方案架構見下圖。

　　場景5：使用硬件SDN交換機按需部署Vlan

　　這個場景不算是剛需，有些客戶不在乎，但是也有客戶在乎。當前很多小型私有云中，還是使用了Vlan的組網(wǎng)方式，畢竟簡單易部署，且性能好。但是用Vlan來組網(wǎng)除了擴展性不如Tunnel Overlay之外，它還有另外一個小問題，因為VM可以隨便遷移，而每個VM都綁到一個特定Vlan，當VM遷移走的時候，Vlan也需要跟著遷移。而在Vlan組網(wǎng)的方案里面，Vlan必須對中間的物理網(wǎng)絡可見，這就意味著交換機端口上的Vlan配置要經(jīng)常動態(tài)變化。為了規(guī)避這個問題，現(xiàn)在一般的做法都是預先把所有可能用到的vlan在所有的交換機的所有端口上都全部使能。這樣帶來的問題是，所有廣播（如ARP/DHCP）、組播、未知單播的報文每次都會被發(fā)送到整個物理網(wǎng)絡的所有服務器上，最終在服務器里面才丟棄，這種做法一方面浪費了帶寬，另外一方面也有潛在的安全問題。

　　對于這種問題的一個很簡單的解決方案就是引入SDN交換機，動態(tài)按需去配置Vlan。