云计算和大数据时代网络技术

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云计算和大数据时代网络技术云计算的基本概念云计算的定义云计算的架构云计算基本元素服务模式部署模式云计算的独特优势降低成本根据实际需求分配资源,不浪费扩展性不用担心存储空间不够,机器性能不好,对外带宽不足等问题,另外可以很方便部署高可靠性备份机制,不要担心电脑丢失,硬盘损坏等问题远程访问通过网络远程访问,不局限于地理位置模块化按需选择服务类型高等级服务所有客户享受一致的服务质量以数据中心为界,云计算网络分为数据中心外的网络和数据中心内的网络,数据中心内部的 ...数据中心外部网络,即数据中心出口同最终用户设备之间的网络连接(关注用户体验)安全的网络可靠的网络灵活的网络数据中心内部网络(关注系统效率)支持虚拟化数据中心的扩张利用以太传输存储流量(FCoE)连接虚拟机的交换机虚拟化最后一公里--虚拟化网卡虚拟化数据中心互连设计自定义网络(SDN)更大的云桌面虚拟化网络大数据网络设计的要点大数据网络的基石(网络本身设备的演进)如何将服务器接入网络VOQ 虚拟出向队列刀片服务器网络万兆网络
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云计算和大数据时代网络技术
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以数据中心为界,云计算网络分为数据中心外的网络和数据中心内的网络,数据中心内部的网络是云计算中至关重要的部分,托管了云计算中的所有计算资源,外部的网络则将计算行为的结果分发到不同的外部世界
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数据中心外部网络,即数据中心出口同最终用户设备之间的网络连接(关注用户体验)
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安全的网络
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网络加密
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VPN
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灵活的网络
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LISP对现在解决方案的改进
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LISP的基本架构
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LISP是由IETF主导发展的新一代IP地址空间框架,它精确地继承了Loc/ID Split的精髓,基于Map-and-encap定义了一整套全新的IP地址路由机制。

在LISP网络中每个站点都有独立的EID,这些站点将数据包发送到离它最近的LISP边界路由器上完成通信。为了完成这个工作,LISP在传统的IP网络中添加了两个重要的新网元:

●ITR(Ingress Tunnel Router——入向隧道路由器);

●ETR(Egress Tunnel Router——出向隧道路由器)。

ITR部署在LISP网络的边界,接受非LISP站点发来的数据包,并添加上RLOCs,然后依据RLOCs做出转发决定;ETR的工作恰恰相反,它坐落于LISP数据路径的最后一站,ETR将接收到的数据包去掉RLOCs信息,还原成普通IP包,并转发给非LISP站点。在很多网络设计中,LISP网络的边缘路由器会同时身兼ETR和ITR两种功用,也被称为XTR。LISP是由IETF主导发展的新一代IP地址空间框架,它精确地继承了Loc/ID Split的精髓,基于Map-and-encap定义了一整套全新的IP地址路由机制。

在LISP网络中每个站点都有独立的EID,这些站点将数据包发送到离它最近的LISP边界路由器上完成通信。为了完成这个工作,LISP在传统的IP网络中添加了两个重要的新网元:

●ITR(Ingress Tunnel Router——入向隧道路由器);

●ETR(Egress Tunnel Router——出向隧道路由器)。

ITR部署在LISP网络的边界,接受非LISP站点发来的数据包,并添加上RLOCs,然后依据RLOCs做出转发决定;ETR的工作恰恰相反,它坐落于LISP数据路径的最后一站,ETR将接收到的数据包去掉RLOCs信息,还原成普通IP包,并转发给非LISP站点。在很多网络设计中,LISP网络的边缘路由器会同时身兼ETR和ITR两种功用,也被称为XTR。
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通过LISP-ALT实现可扩展的网络
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可扩展性是衡量一个网络协议的基本指标之一,一个能处理好10个节点通信的网络不一定能够应对100个节点之间的数据交互,这其中增加的难度往往不止是将处理能力提高10倍这么简单。LISP在计算数据包的目的路由时需要找到EID与RLOCs的对应关系,由于EID和RLOCs是两个独立的地址空间,它们之间可能没有任何规律,因此EID和RLOCs之间是一个近似Full Mesh(全网状)的对应关系,一个LISP网络的边缘路由器即XTR需要知道对应每一个站点EID的RLOCs是多少,才能够正确地转发数据包。随着LISP网络的扩张,这张对应关系表变得越来越长,当收到新的数据包时,每次查找所用的时间也越来越长。当网络规模达到一定程度时,在一个路由器“肚子”里装下整张大网的拓扑关系就显得不太现实了,传统的动态路由协议如OSPF、IS-IS利用了IP地址空间的层级关系,将一个网段内的地址合并为一条路由,配合链路状态值,大大缩减了路由器需要了解的路由表长度。但在LISP中,EID和RLOCs之间没有层级关系,传统的方法不再起作用,需要新思路来解决新问题。

LISP给出的答案是LISP-ALT(LISP-Alternative-Topology LISP替代拓扑),它是一个架构在基础网络上的虚拟拓扑,专门用来找出EID与RLOCs的对应关系。凡是LISP的ITR和ETR都加入到LISP-ALT中,它们之间形成EBGP(External BGP——外部边界网关)邻居关系,所有的BGP(Border Gateway Protocol—边界网关路由协议)信令都通过GRE协议封装,这些ITR和ETR就利用BGP交换EID的可达信息。换句话说,LISP节点之间运行封装的BGP协议,在现有网络上形成一个叠加的网络,ITR和ETR通过这个叠加的网络学习EID和RLOCs的对应关系。在传统的路由协议中没有地方可供LISP传递EID和RLOCs的对应关系,有了LISP-ALT之后,LISP的节点就有了一个专用渠道交换EID的可达信息。

新的IP包头和LISP-ALT构成了LISP协议的精髓,正是这两个要素保证了一个IP数据包能够通过一种完全不同的方式被安全送到目的地。当一个ITR收到一个节点发送过来的数据包后,它首先查看自己的缓存内是否有目的节点的EID-RLOCs对应关系,如果这个关系存在,则ITR为数据包加上外层包头,写入找到的RLOCs并转发出去,对应的ETR收到IP包后,发现目的RLOCs正好是自己,于是去掉外层包头,将原始数据包送给目的站点。

在LISP网络内可以配置一组专门用于路由查询的路由器。如果ITR在缓存内找不到目的EID与RLOCs的对应关系,则会在外层包头里写入目的站点的EID,然后通过LISP-ALT发送给一个指定的LISP路由器,这个路由器被授权完成EID-RLOCs的对应工作,保存有比较完整的EID-RLOCs信息。当指定的路由器收到这个数据包后,发现外层包头和内层包头都是同样的EID,于是它判断出这是一个查询报文,于是,它首先将数据包去除外层包头并送往目的站点,然后向ITR发送一条应答报文,说明目的EID和RLOCs的对应关系,ITR收到这条报文之后会将这个EID-RLOCs关系缓存下来,接下来收到的IP包就可以直接发送给对应的ETR了。

通过这样一个过程,在LISP网络中只需要设置几个指定的路由器保存比较完整的EID-RLOCs关系,其他ITR和ETR只需要保存常用的对应关系;如果碰到不认识的EID,只需要向指定的路由器发起查询即可。这就保证了大部分路由器上路由表项的简洁。
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LISP的应用场景
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IP终端的灵活性
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LISP在IP层面提供了前所未有的灵活性,使用固定IP地址的虚拟机可以在任何一个数据中心内完成初始化,然后根据需要自由地漂移到其他地方。在漂移前后,最终用户感受不到后台系统的迁移,所有上层应用绑定的网络地址都保持一致,而所有的数据包始终保持在最优路径上被转发。

LISP使得路由策略随着虚拟机的移动而自动调整优化,这种程度的移动性是其他技术难以提供的。只要有了LISP,虚拟机就可以带着初始分配的IP地址在不同的网段和物理地点之间移动,无需任何辅助性的路由策略来帮助优化移动前后的转发路径。简单高效的机制使得网络得以成为大范围资源调度的平台。

由于LISP允许终端在网内自由地移动,这去除了终端IP地址的地理属性,这里IP地址仅仅表明了设备的身份。对于网络管理来说,这大大简化了网络的设计和规划过程。如果你有过规划大型网络的经验,一定碰上过IP地址不足的困扰。在LISP架构下,IP地址的分配变得更加自由,在设计终端设备使用的IP地址时只需要考虑其身份属性,而不用担心机架内是否有足够的地址段,因为终端的EID对网络流量的路由不造成影响。

LISP的这种灵活性给了网络设计人员极大的想象空间,未来LISP在以下几个领域很可能大展拳脚。

●灾备数据中心的快速启用

当生产数据中心发生问题时,通过LISP能够迅速将业务切换到备份中心,而无需改动业务层面的IP地址,从而大大缩短了业务重启的时间。

●突发的云计算事件

当面对突然爆发的业务请求时,LISP可以协助将虚拟机从资源较少的数据中心快速迁移到资源富裕的数据中心,实现业务的快速响应和动态增长。

●多地数据中心

建在多个地理位置的数据中心之间可以方便地交换虚拟机负载,实现更加灵活的维护与升级策略。
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数据中心内部网络(关注系统效率)
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更大的云
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VxLan
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VxLan的技术实现
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VxLAN转发实例
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桌面虚拟化网络
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虚拟桌面后台架构
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中继设备
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大数据网络的基石(网络本身设备的演进)
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如何将服务器接入网络
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刀片服务器网络
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网络设计
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三种设计模式
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直通模块
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交换模块
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交换模块特殊设计
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上联端口追踪
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上联端口追踪主要是为服务器网卡的NIC Teaming服务。NIC Teaming是在数据中心内部广泛使用的一种高可靠性机制,可以将单台服务器上的两块网卡配置为冗余模式,共用一个IP地址,当其中一块出现问题时,另一块继续工作。不同厂家的服务器和网卡具有不同的NIC Teaming模式,总结下来可归纳为主备模式(NFT)、负载均衡模式(TLB)和增强型负载均衡模式(SLB)3种。其中负载均衡模式可以做到出方向流量负载均衡到两条链路上;而增强型负载均衡模式基于802.3ad,可以保证出、入两个方向的流量都能做到负载均衡。而最简单的主备模式由于配置简单,对上联设备没有要求,在实际部署中应用非常广泛。

在主备模式下,服务器网卡有两种方式判断链路的可达性,一是检查直连链路的通断状态,另一种是往一个固定网关发送侦探信号。由于主备网卡之间的切换行为完全由网卡的驱动决定,同交换机之间没有信息交互,因此当交换模块的上联链路出现问题时,网卡只能通过类似PING超时的方式获知链路故障,这个超时时间会大大超出一般业务层连接的超时时间,从而对上层业务造成影响。

所以,上联端口追踪的目的就是当交换模块的上联端口故障时,与其对应的下联端口马上被关闭。这样连接到下联端口的服务器网卡NIC Teaming机制立刻开始工作,切换到另一条正常的链路上,从而缩短网络中断的时间。