本文中主要介紹了虛擬私有云系統(tǒng)的功能特點(diǎn);針對(duì)目前云計(jì)算資源池網(wǎng)絡(luò)隔離較差和配置比較復(fù)雜的問題，分析云計(jì)算資源池對(duì)于虛擬私有云的需求。同時(shí)，還對(duì)基于SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬私有云的兩種主要方式進(jìn)行分析，對(duì)每種方式的技術(shù)原理及架構(gòu)進(jìn)行描述、對(duì)兩種方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

　　引言

云計(jì)算的大規(guī)模運(yùn)營給傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和應(yīng)用部署帶來挑戰(zhàn)[1-2]，新一代網(wǎng)絡(luò)支撐這種巨型的計(jì)算服務(wù)，不論是技術(shù)革新還是架構(gòu)變化，都需要服務(wù)于云計(jì)算的核心要求，即動(dòng)態(tài)、彈性、靈活，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署的簡捷化。具體來說傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)主要4點(diǎn)。1)服務(wù)器的利用率從20%提高到80%，服務(wù)器端口流量大幅提升，對(duì)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)承載性能提出巨大挑戰(zhàn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性要求也更高;2)多種應(yīng)用部署在同一臺(tái)物理服務(wù)器上運(yùn)行，使網(wǎng)絡(luò)流量在同一臺(tái)物理服務(wù)器上產(chǎn)生疊加，流量模型更加不可控;3)服務(wù)器虛擬化技術(shù)的應(yīng)用必然伴隨著虛擬機(jī)的遷移，這種遷移需要一個(gè)苛刻的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來保障;4)虛擬機(jī)的部署和遷移，使得安全策略的部署變得復(fù)雜和無助，需要一個(gè)動(dòng)態(tài)的機(jī)制來對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行防護(hù)[3]。

云計(jì)算平臺(tái)中，虛擬機(jī)在物理服務(wù)器之間進(jìn)行遷移，為避免虛擬機(jī)遷移后路由的震蕩和修改網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，遷移通常只在在二層域進(jìn)行，因此，云計(jì)算平臺(tái)需要具備一個(gè)性能更高、二層域更大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為遷移提供保障。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，都是通過STP+VRRP的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，但由于 STP+VRRP的設(shè)計(jì)和維護(hù)都比較復(fù)雜，其在很大程度上阻礙了二層域的擴(kuò)大，隨著服務(wù)器的數(shù)量和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增多，這種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方式將會(huì)變得無法實(shí)施。同時(shí)，虛擬機(jī)的遷移對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可用性要求也非常高，在STP+VRRP的組網(wǎng)中，如果鏈路出現(xiàn)故障，其收斂時(shí)間都在秒級(jí)，這就增加了應(yīng)用系統(tǒng)遷移的限制。

通過分析云計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)，我們可以從兩個(gè)方面來應(yīng)對(duì)。一是通過構(gòu)建高性能、高可靠的網(wǎng)絡(luò)，以應(yīng)對(duì)云計(jì)算給網(wǎng)絡(luò)帶來的壓力;二是通過構(gòu)建虛擬化網(wǎng)絡(luò)來滿足云計(jì)算中由于虛擬機(jī)部署、遷移以及安全策略實(shí)施對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出的靈活性、安全性的要求。

1 虛擬私有云系統(tǒng)功能分析

以亞馬遜為首的公有云運(yùn)營商提出VPC(Virtual Private Cloud)的概念[3]。其主要思想是把原有的物理網(wǎng)絡(luò)作為底層的網(wǎng)絡(luò)通路，在此之上構(gòu)建一層虛擬的網(wǎng)絡(luò)，用來承載用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。從而解決用戶之間的隔離問題以及用戶業(yè)務(wù)對(duì)底層承載網(wǎng)絡(luò)的相互影響問題[4]。

VPC的架構(gòu)圖如圖1所示。通過Overlay技術(shù)，把云計(jì)算資源池的網(wǎng)絡(luò)分為底層的物理承載網(wǎng)絡(luò)和上層的虛擬Overlay網(wǎng)絡(luò)。底層的物理網(wǎng)絡(luò)即原有的由虛擬交換機(jī)、物理交換機(jī)、路由器等組成的云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，用于提供基本的網(wǎng)絡(luò)連通性。上層的Overlay網(wǎng)絡(luò)用于用戶的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò) [5-6]。

　　圖1 VPC架構(gòu)圖

通過這種Overlay的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在物理承載網(wǎng)絡(luò)之上虛擬出多個(gè)邏輯上隔離的VPC，用戶的私有數(shù)據(jù)被限制在VPC內(nèi)部，以保證VPC之間的隔離性。同時(shí)，用戶的VPC無論怎么規(guī)劃，都不會(huì)影響到物理網(wǎng)絡(luò)，也不會(huì)影響其他用戶的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，這樣就可以做到用戶對(duì)自己網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立規(guī)劃，解除了物理網(wǎng)絡(luò)和用戶網(wǎng)絡(luò)的耦合性。

VPC的功能需求主要有以下幾點(diǎn)。1)用戶網(wǎng)絡(luò)隔離。不同用戶的VPC網(wǎng)絡(luò)之間相互隔離，以保證用戶的安全性。2)用戶的主機(jī)資源在同一個(gè)VPC 內(nèi)。用戶的主機(jī)包括虛擬機(jī)和物理機(jī)資源，這些主機(jī)資源在一個(gè)VPC內(nèi)，以保證用戶資源的互通性。3)同一個(gè)VPC內(nèi)可劃分子網(wǎng)。VPC內(nèi)部，用戶可以根據(jù)自己的使用需要?jiǎng)澐植煌淖泳W(wǎng)，并可以對(duì)IP地址進(jìn)行自由規(guī)劃。4)為用戶提供Internet訪問功能。用戶可以通過地址綁定或者NAT方式訪問 Internet。5)為用戶提供DHCP服務(wù)。支持DHCP server功能，用戶主機(jī)自動(dòng)獲取IP地址。6)防火墻服務(wù)。提供虛擬或者物理防火墻，用戶可以選擇是否使用防火墻。7)QoS服務(wù)。根據(jù)用戶業(yè)務(wù)流量優(yōu)先級(jí)進(jìn)行流量調(diào)度處理，對(duì)用戶主機(jī)進(jìn)行限速。8)提供統(tǒng)計(jì)服務(wù)。對(duì)用戶主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及相關(guān)的數(shù)據(jù)分析功能。9)提供網(wǎng)絡(luò)冗余功能。提供端口冗余、網(wǎng)關(guān)冗余、路由冗余、VPN冗余等高可用性功能。10)允許虛擬機(jī)遷移。用戶虛擬機(jī)可以自由遷移，并且遷移后網(wǎng)絡(luò)策略自動(dòng)跟隨。 11)提供遠(yuǎn)程VPN接入功能。允許用戶的私有網(wǎng)絡(luò)和VPC網(wǎng)絡(luò)互通，形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)資源池。

2 基于SDN的虛擬私有云實(shí)現(xiàn)方式

2.1 概述

Software Defined Network(軟件定義網(wǎng)絡(luò)，SDN)由美國斯坦福大學(xué)提出，它是指將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面(control plane)從數(shù)據(jù)平面(data plane)中分離出來，并讓控制邏輯以軟件方式運(yùn)行于邏輯上獨(dú)立的控制環(huán)境。這個(gè)架構(gòu)可以讓網(wǎng)絡(luò)管理員在不改動(dòng)硬件設(shè)備的前提下，以中央控制方式，用程序重新規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，為控制網(wǎng)絡(luò)流量提供新的方法，也提供核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用創(chuàng)新的良好平臺(tái)。

SDN架構(gòu)圖如圖2所示。數(shù)據(jù)層由只具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能的設(shè)備組成，它負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備信息的上報(bào)等;控制層又稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層，是SDN架構(gòu)中的大腦，其抽取了原網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制功能，負(fù)責(zé)制定流轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則、狀態(tài)信息收集、網(wǎng)絡(luò)配置等控制功能;應(yīng)用層通過調(diào)用控制層開放的API接口，編程實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能，如網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、防火墻、流量過濾等。

　　圖2 SDN架構(gòu)圖

SDN技術(shù)分離數(shù)據(jù)和控制平面，通過部署標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)，使得許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的軟件可以按需安裝、修改、卸載而變身為運(yùn)營商需要的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)擴(kuò)展。SDN的本質(zhì)是邏輯集中控制層的可編程化。

VPC應(yīng)用于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，云計(jì)算資源池由云平臺(tái)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)底層計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等物理資源的云化處理，并把相關(guān)資源作為服務(wù)提供給用戶使用。目前，Openstack是最炙手可熱的云管理平臺(tái)，其提供開放的模塊架構(gòu)，以組件的方式對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一調(diào)度管理。其核心組件架構(gòu)如圖3所示。本文以O(shè)penstack作為云平臺(tái)為例來對(duì)VPC的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行分析。

　　圖3 OpenStack架構(gòu)圖

云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有較大改變。云計(jì)算資源池中不但有傳統(tǒng)的硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還增加了虛擬的軟件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如：虛擬交換機(jī)、虛擬路由器)，也因此增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。同時(shí)，云計(jì)算的靈活性(比如：多租戶共享資源、業(yè)務(wù)頻繁啟停等)要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更加智能、快速地進(jìn)行管理，網(wǎng)絡(luò)必須適應(yīng)業(yè)務(wù)的復(fù)雜性。這些都是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)捉襟見肘的地方。

實(shí)現(xiàn)Overlay的虛擬私有云，關(guān)鍵在于Overlay的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)流量的封裝、解封裝，是Overlay網(wǎng)絡(luò)的核心部件。 Overlay網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以部署在物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處，也可以部署在虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處。部署位置的不同也就衍生出兩種不同的Overlay實(shí)現(xiàn)方案。一種是軟件方案，Overlay節(jié)點(diǎn)部署在軟件交換機(jī)處;另一種是硬件方案，Overlay節(jié)點(diǎn)部署在硬件交換機(jī)處。

2.2 軟件實(shí)現(xiàn)方式

軟件實(shí)現(xiàn)方式下，Overlay網(wǎng)絡(luò)由部署在云計(jì)算節(jié)點(diǎn)hypervisor處的軟件路由器(交換機(jī))實(shí)現(xiàn)。SDN方案中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面基于Overlay 網(wǎng)絡(luò)，使用通用標(biāo)準(zhǔn)成熟協(xié)議實(shí)現(xiàn)，不依賴特定廠商硬件。

SDN軟件方案主要由分布式控制器和分布式虛擬路由器組成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖4所示。

　　圖4 軟件實(shí)現(xiàn)方式架構(gòu)圖

系統(tǒng)提供基于REST API的北向接口給上層的應(yīng)用程序使用。這些API可以被用來和云管理平臺(tái)進(jìn)行集成，通過Neutron的插件方式和OpenStack的集成也可以用來開發(fā)管理這個(gè)虛擬化系統(tǒng)的WEB UI。

控制層使用XMPP、BGP、netconf等協(xié)議作為南向的接口，通過BGP、netconf和物理設(shè)備交互，通過XMPP協(xié)議和虛擬路由器進(jìn)行通信，例如同步路由信息。東西向的接口主要還是BGP協(xié)議，通過BGP協(xié)議，各個(gè)控制程序同步信息，形成一個(gè)邏輯上中心化的控制層，不同的控制程序之間相當(dāng)于熱互備。

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面，虛擬路由器之間支持多種Tunnel的方式，有VxLAN、MPLSoverGRE、MPLSoverUDP等。虛擬網(wǎng)絡(luò)的路由信息通過XMPP同步到各個(gè)虛擬路由器，不存在一個(gè)中心“路由器”。

相對(duì)于傳統(tǒng)的VLAN來隔離網(wǎng)絡(luò)的方式， SDN系統(tǒng)則是通過ARP代理的方式來避免二層廣播的影響，每一個(gè)Hpyervisor上的虛擬路由器都可以響應(yīng)虛擬機(jī)的ARP請(qǐng)求，而不再將ARP請(qǐng)求發(fā)到交換機(jī)上去。

在DHCP方面，SDN也實(shí)現(xiàn)了DHCP服務(wù)的代理，可以自動(dòng)響應(yīng)虛擬機(jī)的DHCP請(qǐng)求，不需要第三方的DHCP服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件平臺(tái)系統(tǒng)使用特定的高層級(jí)服務(wù)數(shù)據(jù)模型和特定的低層級(jí)技術(shù)數(shù)據(jù)模型，通過轉(zhuǎn)換引擎實(shí)現(xiàn)前后者的映射，此外，網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件平臺(tái)系統(tǒng)還附帶了一組特定的南向協(xié)議。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件平臺(tái)系統(tǒng)中的模型化服務(wù)包括租戶、虛擬網(wǎng)絡(luò)、連接策略和安全策略。通過這些服務(wù)模型組件可以實(shí)現(xiàn)的基本業(yè)務(wù)主要有云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和NFV(適用環(huán)境：云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、多租戶網(wǎng)絡(luò))。

低層級(jí)服務(wù)數(shù)據(jù)模型在網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件平臺(tái)系統(tǒng)中主要使用Overlay Networking(網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型：Overlay)實(shí)現(xiàn)服務(wù)模型。

配置節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換引擎通過“編譯器”實(shí)現(xiàn)高層級(jí)服務(wù)數(shù)據(jù)模型到低層級(jí)數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換映射。

控制節(jié)點(diǎn)使用的南向協(xié)議包括XMPP、BGP、Netconf。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化軟件平臺(tái)系統(tǒng)是一個(gè)擴(kuò)展平臺(tái)，意味著我們可以通過組件擴(kuò)展的方式去支持更多的用戶部署環(huán)境，增加新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

1) 高級(jí)服務(wù)數(shù)據(jù)模型可以擴(kuò)展新的組件去支持新的服務(wù)，例如運(yùn)營商核心網(wǎng)絡(luò)的流量工程和流量日歷(根據(jù)日期進(jìn)行流量管理)。

2) 低層次的服務(wù)數(shù)據(jù)模型也可以進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)據(jù)模型使用不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，例如多租戶可以使用VLAN實(shí)現(xiàn)，而不是Overlay。

新的南向協(xié)議可以引入到控制節(jié)點(diǎn)中，這主要用于支持網(wǎng)絡(luò)中使用不同協(xié)議的新類型的物理或者虛擬設(shè)備。例如，可以引入特定廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中使用的CLI命令行接口，或者可能因?yàn)樾枰渴鹦碌膮f(xié)議，新的組件需要引入到低層級(jí)技術(shù)數(shù)據(jù)層面中。

SDN系統(tǒng)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，即配置節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、計(jì)算節(jié)點(diǎn)、分析節(jié)點(diǎn)、OpenStack Neutron插件(如圖5所示)。

　　圖5 SDN與OpenStack集成

配置節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)通過Rest API來接受配置，并通過IFMAP協(xié)議將信息同步給控制節(jié)點(diǎn)。

控制節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)接收通過IFMAP傳輸過來的信息，保存這些信息，并和計(jì)算節(jié)點(diǎn)通過XMPP協(xié)議同步信息，同時(shí)，控制節(jié)點(diǎn)還監(jiān)聽179端口，和其他的控制節(jié)點(diǎn)形成BGP PEER，同步路由信息。

計(jì)算節(jié)點(diǎn)主要由一個(gè)Agent和虛擬路由器內(nèi)核模塊組成，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)面的轉(zhuǎn)發(fā)。

OpenStack插件主要有Neutron插件和Libvrit的VIF插件，前者主要負(fù)責(zé)和SDN系統(tǒng)同步網(wǎng)絡(luò)信息，利用SDN系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)，后者主要負(fù)責(zé)將虛擬機(jī)的網(wǎng)卡插入到虛擬路由器中，并將網(wǎng)卡信息同步給虛擬路由器的Agent。

分析節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)收集各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)、log和系統(tǒng)信息，并提供類似SQL式的查詢。系統(tǒng)組成以數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)有Cassandra、 ZooKeeper、Redis等，Cassandra存儲(chǔ)具體的網(wǎng)絡(luò)配置信息，Zookeeper存儲(chǔ)服務(wù)信息，提供服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，這兩個(gè)都支持集群模式，因此，系統(tǒng)組成中的配置節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)、分析節(jié)點(diǎn)都可以支持多個(gè)同事部署，以達(dá)到HA的效果，如果一個(gè)單一的組件重啟，重啟后信息會(huì)從其他的節(jié)點(diǎn)同步，可提高系統(tǒng)的可靠性。

虛擬路由器是一個(gè)用戶空間進(jìn)程，在Linux中運(yùn)行，是一個(gè)本地的輕量級(jí)控制平面，它主要有七個(gè)功能。1)使用XMPP實(shí)現(xiàn)和控制節(jié)點(diǎn)，例如路由的控制狀態(tài)交換。2)使用XMPP從控制節(jié)點(diǎn)上接收低層級(jí)配置狀態(tài)，例如路由進(jìn)程和轉(zhuǎn)發(fā)策略。3)向分析節(jié)點(diǎn)匯報(bào)信息，例如日志，匯總事件的分析狀態(tài)。4) 向轉(zhuǎn)發(fā)平面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)(下發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)表)。5)查找VM的狀態(tài)和屬性，和Nova代理進(jìn)行交互。6)為每個(gè)新流的首包應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)策略，在轉(zhuǎn)發(fā)平面的流表中新增流表項(xiàng)。7)為DHCP、ARP和MDNS提供代理，其他代理會(huì)在未來版本中添加。

每個(gè)虛擬路由器都會(huì)連接至少兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，在active-active冗余模型中提供冗余。虛擬路由器轉(zhuǎn)發(fā)平面運(yùn)行在Linux的kernel 中，主要負(fù)責(zé)如下功能。1)封裝數(shù)據(jù)包到Overlay網(wǎng)絡(luò)中，從Overlay網(wǎng)絡(luò)中解封裝數(shù)據(jù)包。2)分配數(shù)據(jù)包到路由實(shí)例中。①從Overlay網(wǎng)絡(luò)中接受數(shù)據(jù)包，并基于MPLS標(biāo)簽或者虛擬網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)(VNI)分配到路由實(shí)例中。②為虛擬機(jī)提供虛擬接口，并綁定在路由實(shí)例中。③在轉(zhuǎn)發(fā)信息表中查詢目的地址，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送到正確的目的地址，路由可以基于三層IP前綴或者二層MAC地址。④根據(jù)情況使用流表應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)策略。如匹配流表中的數(shù)據(jù)包，并應(yīng)用流表操作;根據(jù)情況，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則在虛擬路由器中沒有找到流規(guī)則時(shí)則掛起數(shù)據(jù)包，然后在流表中應(yīng)用一條規(guī)則;掛起一些數(shù)據(jù)包，如DHCP、ARP、MDNS 等用于虛擬路由器中的代理。

2.3 硬件實(shí)現(xiàn)方式

硬件實(shí)現(xiàn)方式下，Overlay網(wǎng)絡(luò)硬件交換機(jī)處實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的封裝、解封裝，一般在TOR(Top of Rack)交換機(jī)處。

SDN硬件方案主要由分布式控制器和硬件交換機(jī)組成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖6所示。

　　圖6 硬件實(shí)現(xiàn)方式架構(gòu)圖

需要說明的一點(diǎn)，硬件方案也需要虛擬交換機(jī)配合，對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的VLAN封裝和解封。在此結(jié)構(gòu)下，虛擬交換機(jī)把虛擬機(jī)發(fā)送的報(bào)文打上VLAN tag后發(fā)送到接入交換機(jī)，接入交換機(jī)通過分層的方式，把租戶的虛擬網(wǎng)絡(luò)和底層用于隧道傳輸?shù)奈锢砭W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分離，同時(shí)，通過給每個(gè)租戶分配一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)租戶隔離。

以VxLAN封裝來實(shí)現(xiàn)Overlay為例，用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)流程如圖7所示。

　　圖7 硬件實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)處理流程

網(wǎng)絡(luò)報(bào)文從虛擬機(jī)發(fā)出后，虛擬交換機(jī)在原始報(bào)文打上VLAN tag標(biāo)簽后發(fā)送到接入交換機(jī)，接入交換機(jī)根據(jù)VLAN tag在報(bào)文外層封裝VxLAN報(bào)文頭以及轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)端接入交換機(jī)所需的路由信息，然后，把此報(bào)文發(fā)送到物理網(wǎng)絡(luò)。對(duì)端接入交換機(jī)收到此報(bào)文后把外層報(bào)文頭剝離后發(fā)送到虛擬交換機(jī)，虛擬交換機(jī)根據(jù)內(nèi)層報(bào)文信息把此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的虛擬機(jī)。整個(gè)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)流程完成。

硬件實(shí)現(xiàn)方案原理與軟件方案類似，區(qū)別是把實(shí)現(xiàn)Overlay封裝和解封裝的工作放在了硬件交換機(jī)上來做。其好處是減輕軟件處理Overlay的壓力，釋放了此部分計(jì)算資源，保證了系統(tǒng)性能。其缺點(diǎn)也很明顯，需要專門支持Overlay功能的硬件設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)靈活性降低。

3 總結(jié)

基于SDN的虛擬私有云通過構(gòu)建Overlay網(wǎng)絡(luò)的方式解決了云計(jì)算系統(tǒng)中多租戶網(wǎng)絡(luò)的隔離問題，屏蔽了租戶業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)對(duì)底層物理網(wǎng)絡(luò)的影響，使得用戶可以自由規(guī)劃自己的網(wǎng)絡(luò)，在大規(guī)模云計(jì)算系統(tǒng)中得到越來越多的應(yīng)用。目前，虛擬私有云的實(shí)現(xiàn)方式主要有軟件方式和硬件方式，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場景。軟件方案靈活性較高，對(duì)硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備沒有依賴，適用于對(duì)原有系統(tǒng)的升級(jí)改造;硬件方案性能較好，不占用服務(wù)器的資源，但是需要專門的硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，硬件成本比軟件方案高。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：

楊紹光：碩士，工程師，研究方向?yàn)樵朴?jì)算、網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

房秉毅：博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)樵朴?jì)算、下一代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

毋 濤：碩士，工程師，主要研究方向?yàn)樵朴?jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、行業(yè)信息化等。