● 摘要
随着虚拟化技术的成熟，越来越多的数据中心开始向虚拟化转型。虚拟化架构能够在以下几方面对传统数据中心进行优化：提高物理服务器CPU利用率；提高数据中心能耗效率；提高数据中心高可用性；加快业务的部署速度。正是由于这些不可替代的优点，虚拟化技术正成为数据中心未来发展的方向。虚拟化技术在带来这些好处的同时，也带来了虚拟机与虚拟交换网络的部署与管理维护的问题。具体体现在虚拟化数据中心的网络已经延伸到服务器中，导致系统管理员和网络管理员的职责分界不清。服务器在虚拟化后，规模剧增，虚拟机网络位置的非物理性，虚拟网络中的流量分布的动态性，都使得虚拟网络流量可视性以及服务质量可控性的困难日益增加。传统的使用虚拟局域网对用户网络进行安全隔离的方式导致网络资源所能服务的用户数量受到VLAN个数最多只有4096的限制，无法满足海量用户需求。虚拟机的动态迁移要求网络的配置要跟随虚拟机进行动态实时的调整，虚拟网络的自动化管理能力的必要性更为突出。需要一种新的方法来解决虚拟化数据中心网络管理所面临的这些问题。基于上述分析，本文提出了一种虚拟化数据中心中基于虚拟交换机的虚拟网络管理解决方案，本文的主要工作如下：(1)实现了支持VLAN、流量监控、服务质量控制等特性的虚拟交换机，在保证快速高效的虚拟网络交换的同时，提供了虚拟机粒度的流量监控和流量控制，解决了虚拟网络流量可视性以及虚拟网络服务质量可控性的问题；(2)实现了私有虚拟局域网技术，通过将现有VLAN划分为多个子域以及子域内对针对不同种类流量使用不同的转发策略的方式，使得VLAN的个数突破了传统的4096的限制，可服务的用户数量显著增加；另外实现了跨数据中心的二层虚拟网络互联，保证租户业务在数据中心之间的互通；(3)在以上关键技术的基础上，实现了vNaas虚拟化数据中心虚拟网络管理系统，通过自动化管理保证虚拟网络配置随虚拟机生命周期进行动态实时的调整，简化了管理员对于虚拟化数据中心的管理。(4)通过实验验证了系统的可用性，并对系统进行了相关性能测试，实验结果表明，和OpenVPN相比，系统核心组件iVIC-vSwitch的虚拟网络交换带宽提高了30%左右，同时对于CPU的占用降低了10%左右。基于上述分析，本文提出了一种虚拟化数据中心中基于虚拟交换机的虚拟网络管理解决方案，本文的主要工作如下：(1) 实现了支持VLAN、流量监控、服务质量控制等特性的虚拟交换机，在保证快速高效的虚拟网络交换的同时，提供了虚拟机粒度的流量监控和流量控制，解决了虚拟网络流量可视性以及虚拟网络服务质量可控性的问题；(2) 实现了私有虚拟局域网技术，通过将现有VLAN划分为多个子域以及子域内对针对不同种类流量使用不同的转发策略的方式，使得VLAN的个数突破了传统的4096的限制，可服务的用户数量显著增加；另外实现了跨数据中心的二层虚拟网络互联，保证租户业务在数据中心之间的互通；(3) 在以上关键技术的基础上，实现了vNaas虚拟化数据中心虚拟网络管理系统，通过自动化管理保证虚拟网络配置随虚拟机生命周期进行动态实时的调整，简化了管理员对于虚拟化数据中心的管理。(4) 通过实验验证了系统的可用性，并对系统进行了相关性能测试，实验结果表明，和OpenVPN相比，系统核心组件iVIC-vSwitch的虚拟网络交换带宽提高了30%左右，同时对于CPU的占用降低了10%左右。