吴兆立

(江苏建筑职业技术学院 信息化管理服务中心,江苏 徐州 221116)

VCF 纵向虚拟化技术在高校数据中心的应用

吴兆立

(江苏建筑职业技术学院 信息化管理服务中心,江苏 徐州 221116)

信息化技术的快速发展对高校数据中心的应用和管理提出了新的要求,虚拟化技术是简化管理、节省成本的有效手段.分析了VCF纵向虚拟化技术的实现方式,对高校数据中心在纵向整合和管理、服务器冗余、网络扁平化等方面的应用进行了探讨.

信息化技术;高校;数据中心;VCF;虚拟化

在信息化建设不断深入推进的大背景下,高校数据中心每年不仅在软硬件设备购置、升级、维护等方面耗费众多资金,数据中心机房也面临着与日俱增的管理成本消耗.因此,必须从满足实际应用需求和降低管理成本角度寻找新的技术方案.在众多技术方案中,虚拟化与云计算具有突出的优势.虚拟化技术实现了IT资源的逻辑抽象和统一表示,可以“池化”共享和按需动态弹性调度使用,在服务器、网络及存储管理等方面能够显著降低管理复杂度,提高资源利用率和运营效率,从而有效地控制成本.云计算的目标是将各种IT资源以服务的方式通过互联网交付给用户,虚拟化则是支撑云计算的最重要的技术基石.VCF纵向虚拟化技术(Vertical Converged Framework,纵向融合框架,以下简称VCF)[1]是虚拟化技术的一种实现方式,在满足数据中心虚拟化高密接入同时,还可以简化管理、节省成本等.本文主要对VCF在高校数据中心应用中的一些相关问题展开探讨.

1 VCF与数据中心虚拟化技术的关系

VCF在纵向维度上支持对系统进行异构扩展,即在形成一台逻辑虚拟设备的基础上,把一台盒式设备作为一块远程接口板加入主设备系统,以达到

1.1 VCF是实现CB-PE模型的一种方式

服务器虚拟化后,单个物理服务器在逻辑上虚拟为多个虚拟机(Virtual Machine,VM).运行于物理服务器中的VM既有与外部主机通信的需求,又有与本物理服务器内其他VM通信的需求.与外部主机的通信报文必然是要通过物理服务器所接入的网络设备交换转发;物理服务器内部VM之间的通信,可以在其内部由VEB交换完成,也可以通过外部的网络设备交换完成.从系统管理和网络管理界面划分以及流量策略监管的角度看,由外部网络设备来完成统一物理服务器内部VM之间的通信转发逐步占据了主导地位.

服务器虚拟化对接入网络设备的要求为:1)所有的通信流量都到接入网络设备进行交换转发,网络设备对所有流量进行管理和控制;2)网络接入设备需要识别虚拟机,即虚拟机对网络设备可见.

对于VCF来说,设备按角色分为CB(Controlling Bridge)和PE(Port Extender)两种[2].CB表示控制设备,PE表示直接和服务器相连接并支持服务器虚拟化的纵向扩展设备,即端口扩展器(或称远程接口板).通常来说,PE设备的能力不足以充当CB,在管理拓扑上难以越级.因此,从网络设备管理和端口扩展的角度看,VCF是一种实现CBPE模型的很好的方式.扩展I/O端口能力和进行集中控制管理的目的,而这正是数据中心所需要的技术.

1.2 VCF对服务器虚拟化的支持

VCF通过使用VCF Inner Tag来完成端口扩展.Inner Tag携带了完成设备“N∶1(多虚一)”所需要的信息[3],使整个堆叠逻辑上成为一个设备,在支持跨物理设备的特性功能和简化管理方面具有明显优势.为了支持服务器虚拟化,在实际应用中可以把VCF和802.1Qbg,或者VCF和802.1BR结合起来使用(802.1BR目前尚未完全标准化,实际部署时可先重点考虑前者).这样既能充分发挥VCF Inner Tag的优势,又能满足服务器虚拟化对VM的需求.图1具体展示了支持服务器虚拟化的4种不同方式.

1)VCF端口扩展.为纯粹的设备之间的VCF,仅仅作为设备端口扩展使用,不涉及VM的支持.这是因为VCF Inner Tag携带了更充分的信息,在完成端口扩展,将不同级别的设备逻辑化为一台网络设备方面具有明显的优势.

2)VCF使用Innter Tag支持VM虚拟化.类似于思科的VM-FEX,由于VCF Inner Tag的私有性较强,采用这种方案需要网卡配合,在实际部署中会受到一定限制.

3)VCF+802.1 Qbg支持VM虚拟化.可在设备之间通过VCF完成扩展端口的纵向堆叠,在VCF与服务器之间通过S-Vlan Tag实现设备对VM可见.

4)VCF+802.1 BR支持VM虚拟化.亦可在设备之间通过VCF完成扩展端口的纵向堆叠,在VCF与服务器之间通过E-Tag来实现设备对VM可见.但实施这种方案需要等待标准的成熟.

图1 VCF对服务器虚拟化支持的4种方式Fig.1 Four supporting ways of VCF to virtualization

2 以VCF实现纵向整合和简化管理

智能弹性架构(Intelligent Resilient Framework,IRF)作为一种网络设备虚拟化技术[4],具有很强的横向整合作用,即在不改变网络物理拓扑连接条件下,将网络同一层的多台设备通过IRF物理端口连接在一起,进行必要的配置后,虚拟化为一台“分布式设备”,能从逻辑上简化网络架构并提升网络整体效率.使用这种虚拟化技术可以实现多台设备的协同工作、统一管理和不间断维护.

但是,在大规模数据中心对于大容量二层网络和跨设备冗余的要求下,为了实现冗余,接入层需要两层IRF或者类似技术组网.虽然一个横向IRF堆叠仅为一个管理点,但不同网络层次,特别是服务器接入层有大量的小堆叠(如2台设备组成),使得该网络系统管理点的数量仍相当可观.而VCF作为一种纵向堆叠管理技术,可把原来两层IRF组网中的服务器接入设备融合进一个大的堆叠系统,成为一个逻辑上更大的单一管理系统.这一管理上移的思路至少带来了2个优点:一是给简化网路管理提供了技术支撑,纵向整合更加明显;二是可节省原服务器接入设备级IRF设备横向的堆叠线缆,降低系统总所有成本(Total cost of ownership).

图2是我校数据中心采用VCF纵向虚拟化的例子.设备原来的堆叠(左边)由两层IRF横向堆叠组成,服务器接入层由2台设备组成的二级堆叠共有4个,均冗余接入一级堆叠.

在图2中,左边图模型共有10台设备,5个设备管理点.右边图为数据中心采用VCF虚拟化整合后的效果,一级堆叠设备作为CB,二级堆叠设备作为PE.10台网络设备中,以2台CB作为虚拟化后框式设备的主控,其余8台PE作为虚拟化后的业务处理板.如此,借助VCF将原来的二级IRF打散进行纵向整合后,只有1个管理点,使得网络配置管理大为简化.同时,原二级堆叠设备间的横向堆叠线缆和相关模块也不再需要,进而节省了成本.

图2 VCF纵向整合虚拟化示意Fig.2 Sketch map of VCF vertical integration virtualization

一般来说,对于IRF(横向)堆叠,控制平面由Master管理,转发能力和端口密度随着Slave增加而增加;而对于VCF(纵向)Fabric,控制平面可由CB(或IRF中的Master)管理,端口密度随着PE增加而增加,但总体上转发能力仍取决于CB设备.因此,VCF可与IRF技术组合使用,所形成的系统具有单一管理点、跨设备聚合以及即插即用等优点,同时可加强纵向端口的扩展能力.

3 以VCF实现数据中心服务器冗余

将数据中心服务器冗余接入网络设备,可有效提高整个IT基础设施的可靠性.特别是计算机虚拟化后,在一台物理服务器上可运行几个甚至几十个VM,业务的影响范围更加放大,因此网络支撑虚拟化环境下的高可靠性和可用性愈显重要.

VCF纵向堆叠支持PE到CB上行、服务器可跨PE上行的两级冗余.纵向虚拟化后,相当于服务器接在虚拟框的2块不同业务板上,如图3所示.

图3 VCF支持数据中心冗余Fig.3 Data center redundancy supported by VCF

4 以VCF实现数据中心网络扁平化

传统数据中心网络结构一般分接入-汇聚-核心3层(如图4(a)所示),采用VCF技术,使得接入层虚拟化后与上层设备融合成一台逻辑上的设备(如图4(b)所示),整个网络拓扑从传统3层简化为2层,结构更简明清晰,也更适合构建大规模的2层网络,并有利于虚拟机的迁移[5].

图4 VCF减少网络层次和简化拓扑Fig.4 Network layers reduced and topology simplified by VCF

5 结语

当前,云计算数据中心正向池化资源规模不断扩大、结构和管理更为简化的方向发展.VCF作为一种网络虚拟化和纵向设备管理技术,根据应用将网络设备通过N∶1虚拟化后作为整体资源,通过1∶N虚拟化技术创建新的逻辑设备和资源部署,为今后数据中心服务器以虚拟化技术实现更加可靠、灵活、易于扩展的网络提供了一种路径,具有广阔的应用前景.

[1] 张敏,陈方海.虚拟化技术在新一代云计算数据中心的应用研究[J].广东通讯技术,2009(5):35-39.

[2] 张弘驰.网络设备纵向融合架构系统的设计与实现[D].西安:西安电子科技大学,2014.

[3] 吴兆立,周永臣.Open Flow下的多路径转发技术[J].电子技术与软件工程,2013(12):45.

[4] 李伟.基于IRF技术的万兆校园网设计[J].湖南工业大学学报,2008,22(3):57-60.

[5] 邓莉.基于虚拟机迁移的动态资源配置研究[D].武汉:华中科技大学,2013.

Application of VCF vertical virtualization technology in college data center

WU Zhao-li
(Information and Network Center,Jiangsu Jianzhu Institute,Xuzhou,Jiangsu 221116,China)

Rapid development of information technology has raised new requirements for application and management of college data center.Virtualization technology is an effective means of simplifying management and saving cost.This paper analyzes the implementation of VCF vertical virtualization technology and discusses its application in aspects of realizing vertical integration and management,server redundancy and network flattening in college data centers.

information technology;college;data center;VCF;virtualization

TP 391.9

B

2095-3550(2014)04-0019-03

2014-04-22

江苏省大学生实践创新项目:基于安卓的移动应用开发(JY90250886512068)

吴兆立,男,山东菏泽人,工程师,硕士.

E-mail:wzl@jsjzi.edn.cn

(责任编辑:赵国淮)