SDN就是軟件定義網(wǎng)絡粒梦。當然也不是所有網(wǎng)絡定制一定要軟件來實現(xiàn)土童，因為有很多硬件方案也可以做到 SDN 的效果唯袄。青云 QingCloud 用軟件定義來實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡弯屈。
VPC 是什么意思呢？VPC 網(wǎng)絡是 QingCloud 環(huán)境內(nèi)可以為用戶預配置出的一個專屬的大型網(wǎng)絡恋拷。在 VPC 網(wǎng)絡內(nèi)资厉，用戶可以自定義 IP 地址范圍、創(chuàng)建子網(wǎng)蔬顾，并在子網(wǎng)內(nèi)創(chuàng)建主機/數(shù)據(jù)庫/大數(shù)據(jù)等各種云資源宴偿。
正是因為云計算需要虛擬網(wǎng)絡，也需要 VPC 诀豁。所以我們還需要定義一個 SDN 方案解決這兩個需求窄刘，現(xiàn)有的 SDN 方案主要分成兩個方向：
一是用軟件來定義，但是用硬件來實現(xiàn)舷胜。比如某些帶 SDN 功能的交換機都哭，把它采購進來，部署到產(chǎn)品里逞带，用硬件廠商提供的 API 欺矫，在上面提供 SDN 功能。
二是NFV 展氓，就是網(wǎng)絡功能虛擬化穆趴，用軟件的方式來實現(xiàn)，用軟件的交換機和路由器遇汞，把他們組織起來成為一個軟件實現(xiàn)的 SDN 未妹。其代表有 VMware NSX簿废、Juniper OpenContrail 等等。
QingCloud 在 SDN 方案的選型上也做過討論络它，用軟件還是用硬件方案族檬？其中考慮的問題主要是以下三個方面：
第一，成本化戳。在公有云上面大家拼的是成本单料，誰的硬件成本低，誰就能把價格降到最低点楼。如果我們采用現(xiàn)有的硬件方案扫尖，在網(wǎng)絡設備上面增加了很多投資，并且我要采購的不是一個或者兩個掠廓，而是一批换怖。
第二，設備依賴蟀瞧。我們的私有云賣的是軟件沉颂，客戶可以按照偏好選擇自己的硬件，假如QingCloud 的 SDN 綁定了某款硬件產(chǎn)品悦污，那我們在面對用戶的時候兆览，可能連招標的機會都沒有，因為人家壓根就沒有辦法用你的硬件塞关。
第三抬探，情懷。對于工程師來說帆赢，大家都想把產(chǎn)品做得更優(yōu)秀小压。其實，軟件跟傳統(tǒng)快遞行業(yè)非常的接近椰于，為什么這么說怠益。因為網(wǎng)絡中的交換機、路由器瘾婿，其實跟快遞行業(yè)里的快遞員和包裹集散中心非常相似蜻牢，一般包裹給快遞員以后，快遞員會發(fā)給一個快遞集散中心偏陪，這里可以查詢包裹應該被送到哪個地方抢呆，然后再將包裹交給快遞員，送到用戶那里笛谦。順豐在中國應該是最好的快遞公司之一抱虐，因為它把轉運環(huán)節(jié)都做全了，只有方方面面都能夠控制才能實現(xiàn)壓倒性的優(yōu)勢饥脑。因此恳邀，我們?nèi)绻褦?shù)據(jù)包轉發(fā)的每個流程都控制到懦冰，就有可能在系統(tǒng)上面做到最優(yōu)，采用硬件設備使用這些功能的話谣沸，最后帶來的是同質化刷钢，跟競爭對手相比不會有任何的優(yōu)勢。
綜合以上三方面的原因乳附，我們決定開發(fā)一套新的SDN/NFV 2.0 方案内地，取代 1.0 。
既然定了要自己做一套新的方案许溅，怎么去實現(xiàn)瓤鼻？我們做了一些總結秉版，新的產(chǎn)品需要滿足傳統(tǒng) SDN 的需求贤重。第一，數(shù)據(jù)封裝清焕。也就是實現(xiàn)一個基本的虛擬網(wǎng)絡并蝗；第二，實現(xiàn)控制平面秸妥。二層滚停、三層的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)進行路由規(guī)則的同步，然后下發(fā)到虛擬的交換機和路由器里面去粥惧，控制做到 ARP 泛洪抑制键畴；第三，實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面突雪。除了 DVR 之外起惕，還提供了虛擬邊界路由器。
除此之外咏删，還需要增加我們需要的 2.0 方面的功能惹想。
第一，VPC 主機直接綁定公網(wǎng) IP 督函。私有云用戶大量依賴基礎網(wǎng)絡嘀粱，要求 VM 直接綁定公網(wǎng) IP ；
第二辰狡，負載均衡器锋叨。可對進入流量進行分流宛篇，出流量經(jīng)由多臺 Virtual Gateway (虛擬網(wǎng)關)分擔負載悲柱，單 IP 可承載 1 TB 出流量。同時些己，4—7層完全透明豌鸡；
第三嘿般，IP 不變。支持可以無限水平擴展的基礎網(wǎng)絡涯冠，并保持高可用及高性能炉奴，VM 任意遷移，IP 地址保持不變蛇更；
第四瞻赶， VPC 和物理網(wǎng)絡連接。
下面分別解釋剛才說的那幾個基礎實現(xiàn)派任。
首先解釋虛擬網(wǎng)絡砸逊。在一些大公司里會提供一種叫內(nèi)部郵遞的服務。公司員工之間可以發(fā)送一種快遞掌逛，比如要給財務部門某同事發(fā)一個報價單师逸，會查他的工位，知道他坐在哪豆混，比如 184-323-534 篓像。然后準備一個大信封，把要填的單子放在里面皿伺。我不需要知道這個人是在北京员辩，還是在上海，我把這個信封交給公司的收發(fā)室鸵鸥，這個收發(fā)室會對這個信封進行重新封裝奠滑，因為他有此員工的具體地址，然后把具有新地址的信封交給外包快遞公司妒穴。放到云計算里宋税，這就是一個虛擬網(wǎng)絡≡壮幔可以允許用戶自己定義一個地址弃甥，然后進行傳輸，為了讓它在三層網(wǎng)絡里傳輸汁讼，可以再進行封裝淆攻，再套一個包，寫上新的地址嘿架。根據(jù)外包的內(nèi)容和里層包的內(nèi)容把這個數(shù)據(jù)包發(fā)送到對應的信息那里瓶珊。
虛擬網(wǎng)絡依賴于拆包、分包∷时耄現(xiàn)在采用的方案主要是比較流行的 VXLAN伞芹，因為 VXLAN 有一系列的優(yōu)勢。第一，隧道連接一組物理機唱较，由于 VXLAN 的數(shù)據(jù)包在整個轉發(fā)過程中保持了內(nèi)部數(shù)據(jù)的完整扎唾，因此 VXLAN 的數(shù)據(jù)平面是一個基于隧道的數(shù)據(jù)平面；第二南缓，使用 UPD 協(xié)議胸遇，當數(shù)據(jù)包交給網(wǎng)卡的時候，網(wǎng)卡根據(jù)這個數(shù)據(jù)的包頭汉形，用不同的網(wǎng)卡隊列纸镊。這樣把包交給不同的CPU處理，提升性能概疆；第三逗威， 是比較有爭議的 Flood & Learn 自動管理虛擬網(wǎng)絡，VXLAN 可以進行泛洪學習岔冀，當 VTEP 收到一個 UDP 數(shù)據(jù)報后凯旭，會檢查自己是否收到過這個虛擬機的數(shù)據(jù)，避免組播學習楣颠。
通過以上幾點尽纽，我們覺得 VXLAN 不錯咐蚯，但是仔細的去想童漩，就發(fā)現(xiàn)它有兩個非常大的不足。一個是組播協(xié)議春锋，大規(guī)模部署會受硬件設備組播路由限制矫膨；第二，泛洪學習的機制期奔，會把原來在二層廣播的 ARP 包擴大到三層網(wǎng)絡侧馅，這樣隨著規(guī)模擴大，廣播越來越多呐萌，會嚴重的浪費帶寬資源馁痴。所以，我們既要使用 VXLAN 肺孤，又要消滅它的不足罗晕，所以我們設置了 SDN 控制器，通過我們自己設置的規(guī)則赠堵，取代它自有的泛洪學習規(guī)則小渊。
那么這個控制器需要多少個呢？我之前曾經(jīng)了解過一些用戶生產(chǎn)環(huán)境里用到的控制器茫叭，通常只有一個酬屉。它負責整個集群中所有節(jié)點的規(guī)則，這么做造成一個問題，當集群創(chuàng)建呐萨、銷毀杀饵、遷移的時候，需要把規(guī)則同步到整個集群所有的節(jié)點中谬擦，這樣隨著用戶秒級創(chuàng)建資源的需求凹髓，同步規(guī)則的流量就會相當相當大。所以我們做了一個分布式控制器怯屉，不僅把控制器分布到 VPC 蔚舀，還分布到虛擬網(wǎng)絡里頭。每個 VPC 有 253 個虛擬網(wǎng)絡锨络。
剛才說了虛擬網(wǎng)絡和控制器赌躺，第三點 SDN 需要做的就是控制數(shù)據(jù)平面，其作用就是把數(shù)據(jù)包真的從一個地方拷貝到另外一個地方羡儿。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)平面礼患，比如OpenStack通常會用 OVS ，OVS 會有一個問題掠归，它會把數(shù)據(jù)交給另外一個程序缅叠，這樣會帶來一個性能的下降，而我們的方案完全改變了這個問題虏冻，自己做了一些 Kernel 的改動肤粱，將轉發(fā)放到LinuxKernel 上，而且我們是用 NFV 來實現(xiàn)的厨相。
同時我們引入了一個新的功能叫做 DVR （分布式虛擬路由器）领曼。通過上面的圖解釋一下我們?yōu)槭裁葱枰狣VR。左邊是這張是物理拓撲圖蛮穿，物理世界中 A 和 B 通信庶骄，需要把信息發(fā)送到 A 的交換機，然后到路由器践磅，然后路由器轉給 B 的交換機单刁，B 的交換機再發(fā)送給 B ，A 和 B 通常需要 4 跳才能發(fā)一個數(shù)據(jù)包府适。
我們 1.0 的時候羔飞，也是用 NFV 實現(xiàn)的 SDN ，我們會模仿物理世界细溅，虛擬出虛擬的路由器和交換機提供給用戶褥傍。如果 A、B喇聊、C恍风、D、E 這五個設備分別位于五個不同的虛擬機上，在邏輯上 A 的包經(jīng)過C朋贬、E凯楔、D、B 才能到锦募，邏輯上是四跳摆屯。但是虛擬設備每一跳都要通過物理設備去交換，而物理設備每一條四跳糠亩，這樣總得轉發(fā)量實際上需要 16 跳虐骑。這也就是為什么 1.0 的性能總是上不去。為了解決這個問題赎线，我們引入了 DVR 廷没，從 A 到 B 還是這樣，兩個 DVR 之間直接交換一下數(shù)據(jù)就可以了垂寥，因為在邏輯上有一跳颠黎，所以總數(shù)跟原來物理設備一樣，四跳完成一個數(shù)據(jù)包的轉換滞项，這樣性能就可以非常接近物理機的性能狭归，從而可以組成一個大的虛擬網(wǎng)絡。
QingCloud 的 DVR 除了實現(xiàn) VPC 簡單的功能之外文判，它實際上是一個復雜的東西过椎。因為除了保持自己跟自己的虛擬網(wǎng)絡，還需要有其他四個方向：第一個就是網(wǎng)關需求律杠，我們需要提高公網(wǎng) IP 存儲量潭流，希望 DVR 把包發(fā)到公網(wǎng)網(wǎng)關竞惋；第二是 VPC 的虛擬機要能跟硬件設備進行高度的互訪柜去。因為我們私有云用戶的機房里，不止有 QingCloud 的東西拆宛，還有Oracle的數(shù)據(jù)庫嗓奢、F5 的路由器等等，假如我們讓用戶把這些業(yè)務放到虛擬網(wǎng)絡里浑厚，虛擬網(wǎng)絡就要跟硬件網(wǎng)絡進行高速的互訪股耽。第三是VPC，可以讓用戶定義 255 個 C 段钳幅，加起來可以有 60000 多個虛擬機物蝙。第四是，我們還提供了一個邊界路由器敢艰，可以讓用戶虛擬資源跟遠程的 IDC 之間做一個互通诬乞。最后一個就是一個負載均衡器集群，我們的 DVR 就是一個平臺，讓用戶的主機和負載均衡器直接相連震嫉。
我們做的最后一個功能就是負載均衡器集群森瘪。設計是這樣，我們有一個網(wǎng)關集群連著因特網(wǎng)票堵。比如我有一個 IP 1.1 扼睬，實際上是綁定在 VG 1 這里，VG 1 會做第一次的流量轉發(fā)悴势，會把流量按照用戶定義的負載均衡器節(jié)點數(shù)量轉發(fā)到自己私有的負載均衡器節(jié)點里（1窗宇、2、3）特纤，它的特點就是担映，返回流量不需要經(jīng)過進來的這個網(wǎng)關，而是經(jīng)過自己對應的不同物理網(wǎng)關發(fā)送到因特網(wǎng)叫潦。因為當 VG 1 能力受到限制的時候蝇完，假如我們所有流量都從它回去的時候，它自己的網(wǎng)絡帶寬實際上就是整個集群的能力矗蕊。而我們把它分散之后短蜕，就可以做到，出去的流量幾乎是沒有限制傻咖。只要我們的 VG 設備有多少朋魔，它的帶寬就會有多少，因為流量不需要從默認的線路回去卿操。同時隨著用戶拓展負載均衡器節(jié)點的數(shù)量警检，也擴展了 HTTPS 的卸載能力，并且我們做到了 4 層/ 7 層的完全透明害淤，也就是說用戶通過因特網(wǎng)訪問到他們業(yè)務的時候扇雕，我們在所有轉發(fā)過程中，都會保留其原地址窥摄，用戶這邊得到的包是直接來自因特網(wǎng)用戶的 IP 地址镶奉。
本文轉載自：http://www.infoq.com/cn/articles/AS2015BJ-QingClouSDN2.0
