计算,存储,网络,安全,是构建任何大型数据中心都绕不过去的四个问题。云也不例外。在这个风起云涌的云时代,各厂商赛马般发布层出不穷的新技术,着实让我们目不暇接。很多人昨天刚玩过Xen,今天看到Redhat宣称KVM是其新的战略方向,又忍不住把KVM拿来折腾一番。大家习惯性地把注意力都放在了“计算”上,积累了不少“服务器虚拟化”的经验,却不知不觉冷落了其余三个方面。国外同行们热议Software Defined NetworkSDN)和OpenFlow这些因为云而瞬间火爆的技术时,我们还卯足了劲儿一头扎进服务器虚拟化中不愿出来。

搜索了一下,网络上关于“网络虚拟化”的文章很少。工作关系长期接触这方面技术,不敢私藏,拿出来跟大家分享一下。水平有限,纯属抛砖引玉,大家扔砖头时轻一点。欢迎讨论,欢迎站短,欢迎邮件 cloudbengo@gmail.com

什么是Open vSwitch?它能给云带来什么?

官网首页精炼地回答了这个问题:(翻译自http://openvswitch.org/

Open vSwitch的目标,是做一个具有产品级质量的多层虚拟交换机。通过可编程扩展,可以实现大规模网络的自动化(配置、管理、维护)。它支持现有标准管理接口和协议(比如netFlowsFlowSPANRSPANCLILACP802.1ag等,熟悉物理网络维护的管理员可以毫不费力地通过Open vSwitch转向虚拟网络管理)。

 

 

 

图一:Open vSwitch示意图

官网的描述精准而抽象,来点通俗的,Open vSwitch是一个由Nicira Networks主导的开源项目,通过运行在虚拟化平台上的虚拟交换机,为本台物理机上的VM提供二层网络接入, 跟云中的其它物理交换机一样工作在Layer 2层。Open vSwitch充分考虑了在不同虚拟化平台间的移植性,采用平台无关的C语言开发。最为人民群众喜闻乐见的是,它遵循Apache2.0许可,不论你是自用还是商用都OK。而它的同类产品VMwarevDSvSphere Distributed VirtualSwitch),CiscoNexus 1000V都是收费的。更重要的是,虽然免费,其产品质量却深得信赖。在2010Open vSwitch 1.0.0发布之前,Citrix就宣布在XenServer中将其作为默认组件。关于这一点,也许Nicira的身世可以给出一些解释,它的投资人里有Diane GreeneVMware联合创始人)和Andy RachleffBenchmark Capital联合创始人),经常听朋友谈起的几个VMware网络大牛也加盟其中,是目前硅谷最炙手可热的SDN创业公司之一。

既然Citrix的企业级虚拟化产品都装备了Open vSwitch,我们还有什么理由怀疑它的可靠性呢?更何况它还是开源的!

你可能会问,我为什么有必要在自己的云架构中使用它呢?它能给我的云带来什么?

OK。需求决定一切,如果你只是自己搞一台Host,在上面虚拟几台VM做实验。或者小型创业公司,通过在五台十台机器上的虚拟化,创建一些VM给公司内部开发测试团队使用。那么对你而言,网络虚拟化的迫切性并不强烈。也许你更多考虑的,是VM的可靠接入:和物理机一样有效获取网络连接,能够RDP访问。Linux Kernel自带的桥接模块就可以很好的解决这一问题。原理上讲,正确配置桥接,并把VMvirtual nic连接在桥接器上就OK啦。很多虚拟化平台的早期解决方案也是如此,自动配置并以向用户透明的方式提供虚拟机接入。如果你是OpenStackfans,那Nova就更好地帮你完成了一系列网络接入设置。Open vSwitchWHY-OVS这篇文章中,第一句话就高度赞扬了Linux bridge

We love the existing network stack in Linux.  It is robust, flexible, and feature rich.  Linux already contains an in-kernel L2 switch (the Linux bridge) which can be used by VMs for inter-VM communication.  So, it is reasonable to ask why there is a need for a new network switch.

但是,如果你是大型数据中心的网络管理员,一朵没有网络虚拟化支持的云,将是无尽的噩梦。

在传统数据中心中,网络管理员习惯了每台物理机的网络接入均可见并且可配置。通过在交换机某端口的策略配置,可以很好控制指定物理机的网络接入,访问策略,网络隔离,流量监控,数据包分析,Qos配置,流量优化等。

有了云,网络管理员仍然期望能以per OS/per port的方式管理。如果没有网络虚拟化技术的支持,管理员只能看到被桥接的物理网卡,其上川流不息地跑着nVM的数据包。仅凭物理交换机支持,管理员无法区分这些包属于哪个OS哪个用户,只能望云兴叹乎?简单列举常见的几种需求,Open vSwitch现有版本很好地解决了这些需求。

   需求一:网络隔离。物理网络管理员早已习惯了把不同的用户组放在不同的VLAN中,例如研发部门、销售部门、财务部门,做到二层网络隔离。Open vSwitch通过在host上虚拟出一个软件交换机,等于在物理交换机上级联了一台新的交换机,所有VM通过级联交换机接入,让管理员能够像配置物理交换机一样把同一台host上的众多VM分配到不同VLAN中去;

   需求二:QoS配置。在共享同一个物理网卡的众多VM中,我们期望给每台VM配置不同的速度和带宽,以保证核心业务VM的网络性能。通过在Open vSwitch端口上,给各个VM配置QoS,可以实现物理交换机的traffic queuingtraffic shaping功能。

   需求三:流量监控,NetflowsFlow物理交换机通过xxFlow技术对数据包采样,记录关键域,发往Analyzer处理。进而实现包括网络监控、应用软件监控、用户监控、网络规划、安全分析、会计和结算、以及网络流量数据库分析和挖掘在内的各项操作。例如,NetFlow流量统计可以采集的数据非常丰富,包括:数据流时戳、源IP地址和目的IP地址、 源端口号和目的端口号、输入接口号和输出接口号、下一跳IP地址、信息流中的总字节数、信息流中的数据包数量、信息流中的第一个和最后一个数据包时戳、源AS和目的AS,及前置掩码序号等。

xxFlow因其方便、快捷、动态、高效的特点,为越来越多的网管人员所接受,成为互联网安全管理的重要手段,特别是在较大网络的管理中,更能体现出其独特优势。

没错,有了Open vSwitch,作为网管的你,可以把xxFlow的强大淋漓尽致地应用在VM上!

   需求四:数据包分析,Packet Mirror物理交换机的一大卖点,当对某一端口的数据包感兴趣时(for trouble shooting , etc),可以配置各种spanSPAN, RSPAN, ERSPAN),把该端口的数据包复制转发到指定端口,通过抓包工具进行分析。Open vSwitch官网列出了对SPAN, RSPAN, and GRE-tunneled mirrors的支持。

关于具体功能,就不一一赘述了,感兴趣的童鞋可以参考官网功能列表:http://openvswitch.org/features/

只是在Open vSwitch上实现物理交换机的现有功能?那绝对不是Nicira的风格。

云中的网络,绝不仅仅需要传统物理交换机已有的功能。云对网络的需求,推动了Software Defined Network越来越火。而在各种SDN解决方案中,OpenFlow无疑是最引人瞩目的。Flow Table + Controller的架构,为新服务新协议提供了绝佳的开放性平台。Nicira把对Openflow的支持引入了Open vSwitch。引入以下模块:

·         ovs-openflowd  ---  OpenFlow交换机;

·         ovs-controller  --- OpenFlow控制器;

·         ovs-ofctl  --- Open Flow 的命令行配置接口;

·         ovs-pki  --- 创建和管理公钥框架;

·         tcpdump的补丁 --- 解析OpenFlow的消息;

不再展开,大家感兴趣的话可以Google之。

2 Open Flow示意图 -- 摘自Open Flow白皮书

需求决定产品,正是由于在企业级云中,需要各种丰富的网络功能,VMware才于n年前就推出了vSwitchvDS等虚拟交换机。正是看到了云中的网络是一块大市场,Cisco才与VMware紧密合作,以partner的形式基于VMware kernel API开发出了自己的分布式虚拟交换机Nexus 1000V(功能对应于VMwarevDS)。可惜的是,这两款产品都是收费的。Citrix倒是基于Open vSwitch快速追赶,推出了自己的Distributed Virtual Switch解决方案。但是不好意思,也是收费的。开源云的标杆OpenStack去年下半年推出了一项宏大的计划,启动了Quantum项目,志在通过引入Open vSwitch,为Open Stack Network模块勾勒出“Connectivity as a service”的动人前景。有时间的话,会再单独开一篇文章讨论。

感谢开源,Open vSwitch是坐公交车的成本,进口跑车的体验!还等什么,在你的大型开源云架构中,使用Open vSwitch吧!

(目前网上关于云环境中网络虚拟化的中文文章比较少,抛砖引玉一下,欢迎大家拍砖,欢迎留言提问或质疑,关于OVS,SDN,OpenFlow都行,大家在讨论中一起进步)