Нормативная документация

Плавный переход от обычных сетей ЦОД к программно-определяемым

31 октября 2017 г. | Категория: Теория и практика SDDC, Программно-определяемые сети

Сети центров обработки данных (Data Center Networks, DCN), с каждым годом используются все шире. Особенно их важность возрастает при обслуживании критически важных систем и управлении корпоративными ресурсами, требующими высочайшего уровня доступности и надежности. По мере расширения корпоративной архитектуры DCN, компании разворачивают в своих ЦОДах новые приложения, чему в немалой степени способствует и распространение мобильного интернета.

На смену классическому пониманию «рабочего места» приходит облачный подход, позволяющий сотрудникам работать из любой точки мира. Для успешной конкуренции на рынке компаниям необходимо анализировать постоянно растущие объемы данных, причем не просто анализировать, а применять полученные результаты на практике. Для этого требуются современные хранилища данных и инструменты глубокого анализа (data mining). Все эти перемены не только выдвигают новые требования к ЦОДам, но также ускоряют реализацию DCN с масштабируемыми обновлениями.

Сетям DCN нужно успевать за бурным ростом данных, получаемых из новых источников. Для этого необходимо серверное оборудование, обладающее новыми возможностями по хранению данных и обработке усложняющихся процессов сервисного взаимодействия.  Архитектура классических ЦОДов уже не может отвечать этим требованиям по объективным причинам. Здесь на помощь приходят технологии программно-определяемых сетей (Software-defined network, SDN). Эти технологии позволяют  не только развернуть сетевую виртуализацию, разделить плоскости управления сетью и переадресации, но и предоставляют единый логический центр управления и открывают возможности сети для приложений верхних уровней.  Если необходимо централизованное управление сетью, если нужно развернуть большое число виртуальных машин, если нужно внедрить разветвленную переадресацию, интеллектуальную миграцию, многопользовательские виртуальные сети и IaaS-сервисы, SDN можно назвать наиболее оптимальным решением. Более того, для рынка сетей ЦОД, облачные решения на базе SDN являются ключевым технологическим трендом, определяющим будущее. 

Как управлять SDN? Наибольшее признание на рынке получила методология, предусматривающая применение SDN-контроллера и наложенной сети. Таким образом обеспечивается должный уровень для переадресации и разделения управления. Использование SDN-контроллера дает возможность централизованно доставлять сетевые политики, виртуализировать и гибко планировать сетевые ресурсы. В основе виртуализации инфраструктурной сети лежат технологии оверлея, например, «виртуальная расширяемая LAN» (VXLAN). Таким образом сервисы и ресурсы освобождаются от ограничений, связанных с их физическим расположением. Это позволяет создать большую логическую сеть уровня 2, где будут совместно использоваться ресурсы в ЦОДах.

Виртуальная расширяемая LAN увеличивает L2-сети при помощи запаковывания (инкапсуляции) MAC-in-UDP и использует преимущества L3-сетей для разветвленной балансировки нагрузки, быстрой конвергенции и высокой надежности, обогащая тем самым возможности L2-сетей. Для идентификации L2-сетей используется 24-битное поле идентификатора сети VXLAN (VNI). Это дает возможность поддерживать свыше 16 миллионов сетевых сегментов. Тем самым преодолевается накладываемое традиционными L2-сетями ограничение в 4096 VLAN. Узлы входа и выхода туннеля VXLAN называются конечными точками виртуального туннеля (VTEP), они запаковывают (инкапсулируют) и распаковывают (декапсулируют) пакеты VXLAN. Компания Huawei предлагает решение Cloud Fabric для сетей ЦОД, которое поддерживает поддерживает как аппаратные, так и программные VTEP, в соответствии с требованиями заказчика.

Сетевая SDN-революция не наступит одномоментно. Скорее, это будет эволюционный процесс, на определенном этапе которого SDN и традиционные сети будут какое-то время сосуществовать в силу различных бизнес-причин. В целом же, существует три пути или сценария, по которым будет осуществляться плавный переход от классических сетей к программно-определяемым.

• В рамках существующего ЦОДа будут выстраиваться новые SDN-точки доставки
• Для проектов по расширению традиционных точек доставки, SDN будут развертываться на новых устройствах
• Для обновления традиционной сети ЦОД до SDN-сети могут быть повторно использованы имеющиеся сетевые устройства

В рамках существующего ЦОДа будут выстраиваться новые SDN-точки доставки

Плавная трансформация сети ЦОД в SDN может осуществляться путем выстраивания новых SDN-точек доставки в существующих центрах обработки данных.  Для этого необходимы следующие предпосылки:

Еще до начала начала трансформации традиционных ЦОДов в ЦОДы на основе SDN, нужно убедиться в работоспособности новой схемы SDN-ЦОД. Для этого необходимо выстроить новую гибкую точку доставки на основе SDN и проверить работу новых сервисов через нее. Сервисы в новых точках доставки не требуют взаимодействия с традиционными точками доставки.

Нужно построить одну или несколько гибких SDN-точек доставки, запустив на них новые сервисы, либо перевести на них какие-либо из существующих сервисов. В данном случае новые точки доставки требуют обеспечения L3-коммуникации с существующими, посредством основных устройств ЦОДа. Наличия L2-соединения между новыми и старыми точками доставки не требуется.

Данный сценарий развития предусматривает следующие требования сервисов:

• Сеть SDN разворачивается на новой точке доставки, новые сервисы запускаются на ней независимо.
• SDN-точки доставки не требуют взаимодействия с традиционными.
• Коммуникация между традиционными и SDN-точками доставки может быть реализована путем L3-переадресации основными устройствами ЦОДа.

Дизайн сети:

Как происходит переадресация трафика:

Переадресация трафика между традиционными и SDN-точками доставки реализуется следующим образом:

На основании таблицы маршрутизации L3-шлюз на традиционной точке доставки переадресует трафик на основной коммутатор.

В свою очередь, основной коммутатор переадресует трафик на шлюзовой коммутатор на SDN-точке доставки.

Шлюзовой коммутатор находит соответствующий маршрут, а затем переадресует трафик на межсетевой экран.

Межсетевой экран также находит соответствующий маршрут, затем переадресует трафик системе виртуальной маршрутизации и пересылки (VRF), к которой относится хост назначения.

Шлюзовой коммутатор находит таблицу потоков VXLAN для хоста назначения, запаковывает пакеты в формат  VXLAN, после чего отправляет их на VTEP назначения.

VTEP назначения распаковывает пакеты VXLAN и, на основании информации о соответствующем MAC-адресе, перенаправляет исходные пакеты на хост назначения.

Для проектов по расширению традиционных точек доставки, SDN будут развертываться на новых устройствах

Данный сценарий наилучшим образом подходит для таких условий, когда заказчики хотят расширить существующие точки доступа и внедрить технологию программно-определяемых сетей, но при этом не затрагивать существующую сеть в точках доступа. Для расширения SDN необходимо лишь L3-соединение с существующей сетью.

Также этот подход применим, если необходимо перенести вычислительные узлы из существующей сети на новые устройства SDN-шлюзов, реализовав L2-соединение между исходной сетью и SDN. Например, заказчику необходимо расширить кластер существующей сети.

Такой сценарий развития подразумевает следующие требования сервисов:

• Традиционные точки доставки нуждаются в расширении, а новая сеть использует SDN-решение. Имеющаяся топология и сетевая организация сервисов не меняются, при этом существующие устройства подключаются к новой сети для формирования более крупных точек доставки.
• Традиционная сеть в точке доставки устанавливает с новой SDN-сетью L2 или L3-соединение.

1. Дизайн сети при использовании L3-коммуникации выглядит следующим образом:

Имеющаяся традиционная сеть и SDN подключаются к основному узлу ЦОД с помощью агрегирующих коммутаторов. Эти обслуживающие две сети коммутаторы могут быть связаны напрямую, с целью повышения эффективности переадресации трафика в направлении восток-запад и снижения нагрузки на основной узел.

• Процесс переадресации трафика выглядит так:

Переадресация L3-трафика между традиционной и SDN-сетями в расширенной SDN-точке доставки происходит так:

На основании таблицы маршрутизации L3-шлюз традиционной сети переадресует трафик на шлюзовой коммутатор в SDN-сети .

Шлюзовой коммутатор, в свою очередь, находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на межсетевой экран.

Межсетевой экран находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на VRF, к которой относится хост назначения.

Шлюзовой коммутатор находит таблицу потоков VXLAN для хоста назначения, запаковывает пакеты в формат  VXLAN, после чего отправляет их на VTEP назначения.

VTEP назначения распаковывает пакеты VXLAN и, на основании информации о соответствующем MAC-адресе, переадресовывает исходные пакеты на хост назначения.

2. Дизайн сети при использовании L2-коммуникации выглядит следующим образом:

Традиционная сеть подключается к L2-мосту в новой SDN-сети. Происходит сопоставление L2-мостов сопоставление идентификаторов VLAN, используемых в традиционной сети, с VNI, используемыми в SDN-сети. Между двумя сетями устанавливается L2-соединение. L3-шлюз для хостов традиционной сети может быть перенесен на шлюзовые коммутаторы в SDN-сети. Расширенные SDN-точки доставки подключаются к основному узлу коммутатора ЦОД через новые шлюзовые коммутаторы.

• Процесс переадресации трафика выглядит так:

Переадресация L2-трафика между традиционной и SDN-сетями в расширенной SDN-точке доставки происходит так:

Агрегирующий коммутатор традиционной сети переадресовывает L2-трафик на L2-мост в SDN-сети, используя для этого канал Eth-Trunk.

L2-мост запаковывает пакеты формат пакетов VXLAN, на основе подготовленного контроллером маппинга VXLAN-VNI, находит хост назначения в таблице потоков VXLAN и переадресовывает пакеты на VTEP назначения.

VTEP назначения распаковывает пакеты VXLAN и, на основании информации о соответствующем MAC-адресе, переадресовывает исходные пакеты на хост назначения.

Для обновления традиционной сети ЦОД до SDN-сети могут быть повторно использованы имеющиеся сетевые устройства

Чтобы оценить SDN-решение и испытать услуги SDN-сети, можно реконструировать сеть и инфраструктуру рабочей или тестовой точки доставки в SDN-точку доставки. Поскольку в данном случае речь идет об использовании уже имеющихся сетевых устройств, этот сценарий позволяет  построить SDN-сеть с меньшими затратами.

• Дизайн сети:

Может быть использовано гибридное оверлейное решение. Коммутаторы CloudEngine 1800V от компании Huawei размещаются на серверах и выполняют функции VTEP-узлов наложенной сети VXLAN. Физические коммутаторы Huawei CloudEngine работают в качестве шлюзов направления север-юг и распаковывают трафик VXLAN, проходящий через межсетевые экраны, а также переадресуемый трафик в рамках точки доставки. Соответственно, существующие коммутаторы доступа повторно используются в нижележащей сети.

• Процесс переадресации трафика выглядит так:

Процесс переадресации трафика между традиционными и SDN-точками доставки происходит так:

На основании таблицы маршрутизации L3-шлюз на традиционной точке доставки переадресует трафик на основной коммутатор.

В свою очередь, основной коммутатор пересылает трафик на шлюзовой коммутатор направления север-юг на SDN-точке доставки.

Шлюзовой коммутатор находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на межсетевой экран.

Межсетевой экран находит соответствующий маршрут и переадресует трафик на VRF, к которой относится хост назначения на шлюзовом коммутаторе направления север-юг.

Шлюзовой коммутатор направления север-юг находит таблицу потоков VXLAN для хоста назначения, запаковывает пакеты в формат пакетов VXLAN и затем отправляет их на VTEP назначения под управлением Huawei CloudEngine 1800V.

VTEP назначения распаковывает пакеты VXLAN и, на основании информации о соответствующем MAC-адресе, переадресовывает исходные пакеты на хост назначения.

Как прогнозируют аналитики, уже к 2020 году мировой рынок решений для ЦОД вырастет в десять раз. С этим ростом, в том числе, связан и прогресс в управлении сетевыми ресурсами. Именно технология SDN должна стать основой для сетей ЦОД, об этом свидетельствуют тенденции в различных отраслях. Но эволюция сетей ЦОД происходит не на пустом месте, поэтому задача операторов состоит в обеспечении трансформации традиционных сетей в SDN-решения. При этом воздействие на работу существующих сервисов и объем требуемых вложений должен быть минимальным. Компания Huawei готова помочь обеспечить такую трансформацию, благодаря имеющимся у нее гибким SDN-решеним и обширному опыту развертывания SDN-сетей. Компания Huawei готова предложить решения для эволюции сети, оптимальные для сценариев и требований приложений заказчиков, чтобы, в конечном итоге, помочь их бизнесу достичь новых высот.

Денис Сереченко, директор по развитию бизнеса Huawei Enterprise Business Group в России