數(shù)據(jù)中心為什么需要大二層網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)中心為什么需要大二層網(wǎng)絡(luò)？

在開(kāi)始之前，首先要明確一點(diǎn)，大二層網(wǎng)絡(luò)基本上都是針對(duì)數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景的，因?yàn)樗鼘?shí)際上就是為了解決數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器虛擬化之后的虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移這一特定需求而出現(xiàn)的。對(duì)于普通的園區(qū)網(wǎng)之類網(wǎng)絡(luò)而言，大二層網(wǎng)絡(luò)并沒(méi)有特殊的價(jià)值和意義（除了某些特殊場(chǎng)景，例如WIFI漫游等等）。

所以，我們現(xiàn)在所說(shuō)的大二層網(wǎng)絡(luò)，一般都是指數(shù)據(jù)中心的大二層網(wǎng)絡(luò)。

01

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)通常都是二層 三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如下圖所示。

我們看到，這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)其實(shí)和園區(qū)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)是一樣的，這種架構(gòu)相當(dāng)于零售行業(yè)的“加盟店”形式，而與之相對(duì)應(yīng)的“三層到邊緣”架構(gòu)，以及我們下面要談到的“大二層”架構(gòu)，就相當(dāng)于“直營(yíng)店”了。

之所以采用這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，是因?yàn)檫@種架構(gòu)非常成熟，相關(guān)的二三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（二層VLAN xSTP、三層路由）都是成熟的技術(shù)，可以很容易的進(jìn)行部署，也符合數(shù)據(jù)中心分區(qū)分模塊的業(yè)務(wù)特點(diǎn)。

但是這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，其實(shí)是隱藏著一個(gè)弱點(diǎn)的，是什么呢？且容我賣個(gè)關(guān)子，后面再講。

02

服務(wù)器虛擬化趨勢(shì)

由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器利用率太低，平均只有10%～15%，浪費(fèi)了大量的電力能源和機(jī)房資源。所以出現(xiàn)了服務(wù)器虛擬化技術(shù)。

服務(wù)器虛擬化技術(shù)是把一臺(tái)物理服務(wù)器虛擬化成多臺(tái)邏輯服務(wù)器，這種邏輯服務(wù)器被稱為虛擬機(jī)（VM），每個(gè)VM都可以獨(dú)立運(yùn)行，有自己的OS、APP，當(dāng)前也有自己獨(dú)立的MAC地址和IP地址，它們通過(guò)服務(wù)器內(nèi)部的虛擬交換機(jī)（vSwitch）與外部實(shí)體網(wǎng)絡(luò)連接。

通過(guò)服務(wù)器虛擬化，可以有效地提高服務(wù)器的利用率，降低能源消耗，降低客戶的運(yùn)維成本，所以虛擬化技術(shù)目前得到了廣泛的應(yīng)用。（至于為啥有這些好處，我就懶得去說(shuō)了，有興趣的話可以自己?jiǎn)栆幌露饶?，總之服?wù)器虛擬化就是個(gè)好東東啦）

PS：VMware是服務(wù)器虛擬化領(lǐng)域的市場(chǎng)領(lǐng)先產(chǎn)品和創(chuàng)新品牌，提供一整套VM解決方案的軟件。除了VMware之外，業(yè)界還有微軟Hyper-V和KVM等服務(wù)器虛擬化軟件。

03

虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移

喝口水，我們繼續(xù)回到數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)上來(lái)。

本來(lái)，服務(wù)器虛擬化對(duì)于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，也沒(méi)啥特別大的影響，無(wú)非就是接入的主機(jī)規(guī)模變大一些而已（原來(lái)一臺(tái)物理服務(wù)器算一個(gè)主機(jī)，現(xiàn)在每個(gè)VM算一個(gè)主機(jī)），還是可以用二三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)連接的，規(guī)模變大了，多劃分一些二層域就行。

但是服務(wù)器虛擬化之后，帶來(lái)了一項(xiàng)伴生的技術(shù)，那就是虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移，這就給傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了很大的麻煩。當(dāng)然在講麻煩之前，我們先得搞清楚虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移是怎么回事。

所謂虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移，就是在保證虛擬機(jī)上服務(wù)正常運(yùn)行的同時(shí)，將一個(gè)虛擬機(jī)系統(tǒng)從一個(gè)物理服務(wù)器移動(dòng)到另一個(gè)物理服務(wù)器的過(guò)程。該過(guò)程對(duì)于最終用戶來(lái)說(shuō)是無(wú)感知的，從而使得管理員能夠在不影響用戶正常使用的情況下，靈活調(diào)配服務(wù)器資源，或者對(duì)物理服務(wù)器進(jìn)行維修和升級(jí)。

說(shuō)白了，動(dòng)態(tài)遷移就是讓虛擬機(jī)搬家，但是要求搬家的時(shí)候，虛擬機(jī)上運(yùn)行的業(yè)務(wù)還不會(huì)中斷，外面的用戶察覺(jué)不到。

搞清楚虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移是怎么回事之后，我們來(lái)看到底這個(gè)技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了什么麻煩。

04

虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)遷移對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響

還記得我前面賣得關(guān)子不？我說(shuō)對(duì)于數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，二三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是有一個(gè)弱點(diǎn)的，那是什么弱點(diǎn)呢？這個(gè)弱點(diǎn)就是服務(wù)器的位置不能隨便在不同二層域之間移動(dòng)。

因?yàn)橐坏┓?wù)器遷移到其他二層域，就需要變更IP地址，TCP連接等運(yùn)行狀態(tài)也會(huì)中斷，那么原來(lái)這臺(tái)服務(wù)器所承載的業(yè)務(wù)就會(huì)中斷，而且牽一發(fā)動(dòng)全身，其他相關(guān)的服務(wù)器（比如WEB-APP-DB服務(wù)器之間都是相互關(guān)聯(lián)的）也要變更相應(yīng)的配置，影響巨大。

（這和園區(qū)網(wǎng)不一樣，園區(qū)網(wǎng)里面接入的辦公PC等，換一個(gè)辦公區(qū)，換一個(gè)二層域，重新獲取一下IP地址，對(duì)于業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)什么影響）。

幸好在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心中，物理服務(wù)器位置的跨二層域遷移的場(chǎng)景是非常少見(jiàn)的，而且即使發(fā)生遷移，也都是物理層面的，業(yè)務(wù)肯定都已經(jīng)中斷了，更換IP地址所以這個(gè)隱患并不明顯。

但是在服務(wù)器虛擬化之后，虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移會(huì)成為一種經(jīng)常出現(xiàn)的場(chǎng)景。為了保證遷移時(shí)業(yè)務(wù)不中斷，就要求在遷移時(shí)，不僅虛擬機(jī)的IP地址不變，而且虛擬機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)也必須保持原狀（例如TCP會(huì)話狀態(tài)），所以虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移只能在同一個(gè)二層域中進(jìn)行，而不能跨二層域遷移。

而傳統(tǒng)的二三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)限制了虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移只能在一個(gè)較小的局部范圍內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)用受到了極大的限制。為什么這么說(shuō)？我再賣個(gè)關(guān)子，到下一章再詳細(xì)說(shuō)。

所以，為了打破這種限制，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的大范圍甚至跨地域的動(dòng)態(tài)遷移，就要求把VM遷移可能涉及的所有服務(wù)器都納入同一個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)域，這樣才能實(shí)現(xiàn)VM的大范圍無(wú)障礙遷移。

就好比你原來(lái)住在南京，現(xiàn)在遷移到蘇州了，原來(lái)各城市的社保系統(tǒng)是獨(dú)立的（小二層網(wǎng)絡(luò)），所以你要辦理社保關(guān)系遷移（IP地址變更），辦過(guò)的人都知道這有多痛苦。

而據(jù)說(shuō)從2015年開(kāi)始整個(gè)江蘇省的社保系統(tǒng)現(xiàn)在納入統(tǒng)一管理了（大二層網(wǎng)絡(luò)），那么從南京遷移到蘇州，人過(guò)去就行了，社保關(guān)系不需要任何變更（IP地址不變，業(yè)務(wù)不中斷）。

這就是大二層網(wǎng)絡(luò)！一個(gè)真正意義的大二層網(wǎng)絡(luò)至少要能容納1萬(wàn)以上的主機(jī)，才能叫做大二層網(wǎng)絡(luò)。

轉(zhuǎn)自：非洲企鵝