软件定义网络 - 网络虚拟化

网络虚拟化与软件定义网络 (SDN) 集成后可用于网络。您可以创建独立于物理硬件运行的虚拟网络。网络虚拟化将网络功能与物理设备分离，以实现高效的网络管理。这就像 SDN 控制器如何集中控制网络设备一样。

网络虚拟化

网络虚拟化将网络服务与路由器和交换机等物理设备分离。您可以将这些功能抽象为软件。您可以创建在物理网络之上运行的虚拟网络。这些虚拟网络可以独立运行。如此多的虚拟网络共存于同一物理硬件上，以至于单个物理网络被划分为多个虚拟层。

路由器和交换机等物理设备仍然负责在虚拟化网络中转发流量。但对网络功能(如路由、交换和安全策略)的控制已转移到基于软件的虚拟控制层。因此，可以实现与服务器虚拟化相同的动态、灵活和可扩展的网络管理。

网络虚拟化的架构

与 SDN 架构一样，网络虚拟化的架构有三层。这些层协同工作，将网络功能与物理基础设施分离。

这些层还创建了一个灵活且由软件驱动的网络环境 −

1.应用层

在此层中，网络虚拟化应用程序与虚拟网络控制器通信以满足网络要求。这些要求包括虚拟机 (VM) 和其他工作负载应如何相互连接和交互。应用程序定义网络策略，如 VLAN、防火墙规则和负载平衡配置等。然后，这些策略将传递到控制层进行实施。

2. 控制层

网络虚拟化中的控制层由虚拟网络控制器管理。此层集中控制器将应用程序层的高级要求转换为给定的网络配置。您可以创建和管理虚拟网络元素，如虚拟交换机、虚拟路由器和安全策略。因此，网络资源将根据定义的策略进行分配。

3. 基础设施层

此层由物理网络组件组成，如交换机、路由器和服务器。基础设施层充当虚拟化网络中的数据包转发背板。控制和数据平面功能被分离并由更高层的软件处理。

网络虚拟化覆盖，如 VXLAN(虚拟可扩展 LAN)和 GENEVE(通用网络虚拟化封装)，用于创建虚拟网络层。这些覆盖将虚拟网络寻址与物理网络分离，以便在数据中心内移动虚拟机而不会破坏网络配置。

虚拟交换机和数据平面

网络虚拟化的核心是虚拟交换机。虚拟交换机驻留在物理主机上，管理虚拟机和外部网络之间的数据包转发。最常用的虚拟交换机之一是 Open vSwitch (OVS)。它部署在专有和开源网络虚拟化系统中。

虚拟交换机在网络虚拟化的数据平面中很重要。它具有转发规则，以确保根据虚拟网络配置将数据包传送到其预期目的地。在许多情况下，数据平面还以分布式方式跨虚拟交换机处理网络服务，如防火墙和负载平衡。

例如，您可以直接在虚拟交换机内实现虚拟防火墙。因此，虚拟机之间的流量可以在源头进行过滤，而无需通过外部硬件防火墙。这种分布式方法可以提高性能，因为它可以减少延迟并最大限度地减少对外部网络跳数的需求。

高可用性和可扩展性

网络虚拟化可以增强网络的可扩展性和可用性，因为虚拟网络可以动态配置和管理，而不会影响物理基础设施。这种控制分离使网络能够根据需要增长。新的虚拟网络和设备可以在几分钟内添加，而不是几天。

为了保持高可用性，虚拟网络设计有冗余路径和分布式控制机制。它就像在 Leaf-Spine 架构中一样，可以动态地重新路由网络流量以防止故障。在网络虚拟化中，流量可以在虚拟路径之间转移，以确保持续的服务可用性，即使在物理设备和链路发生故障的情况下也是如此。

随着越来越多的工作负载和应用程序部署在虚拟化网络中。系统可以通过添加更多虚拟机、虚拟交换机甚至整个虚拟网络来扩展。因此，您可以扩展其网络容量，而无需添加大量物理基础设施。

SDN 在网络虚拟化中的作用

软件定义网络 (SDN) 在管理网络虚拟化方面发挥着重要作用。SDN 控制器可以集中控制物理和虚拟网络元素。因此，可以根据应用程序需求和流量状况实时调整网络配置。

SDN 控制器使用命令来管理虚拟网络，以虚拟交换机和在物理网络和虚拟网络之间路由流量。因此，即使虚拟机在网络中移动，流量也能高效流动。

SDN API允许应用程序与虚拟网络交互，以自动执行配置、策略管理和实时监控。这些 API 充当虚拟网络控制层和物理基础设施之间的桥梁，用于两层之间的通信。

您可以将 SDN 可编程性和集中控制与网络虚拟化相结合，以将功能与硬件分离，企业可以创建能够改变业务需求的敏捷、响应迅速的网络。

网络虚拟化的优势

网络虚拟化在网络环境中具有多种优势。其中一些如下所示 −

• 提高灵活性 − 您可以在几分钟内创建、修改和删除虚拟网络。因此，您可以非常快速地响应不断变化的应用程序需求。
• 节省成本 − 您可以将网络功能整合到虚拟基础架构上。因此，它可以减少对昂贵硬件(如专用路由器和交换机)的需求。
• 简化管理 − 虚拟网络环境集中管理。您可以从单个控制点定义和执行整个基础架构的网络策略。
• 可扩展性 − 随着新工作负载的部署，虚拟网络可以动态增长。因此，它不需要更改物理网络基础架构。
• 提高安全性 − 虚拟网络可以划分为隔离环境，以保证不同虚拟机和应用程序之间的流量安全。微分段等策略允许对虚拟机之间的网络通信进行细粒度控制。

网络虚拟化的缺点

这些是网络虚拟化的一些缺点 −

• 复杂性 − 当您将网络虚拟化与现有物理网络集成时，实施网络虚拟化可能会很复杂。因此，管理虚拟覆盖和物理底层可能需要技能和工具。
• 性能开销 − 虚拟化网络功能可能会给主机服务器带来更多的处理开销。例如，虚拟交换机可能会消耗 CPU 资源，从而影响性能。
• 兼容性问题 − 并非所有物理网络设备都支持虚拟网络使用的覆盖和封装方法。它会使与遗留系统的集成变得复杂。

软件定义网络与网络虚拟化之间的区别

结论

网络虚拟化(与 SDN 非常相似)用于设计网络。它将网络功能与物理基础设施分离，并创建基于软件的虚拟网络。它将控制平面和数据平面分离。网络虚拟化是可扩展、灵活且可编程的网络。网络虚拟化和 SDN 的结合可用作构建敏捷、经济高效且安全的网络的平台。网络虚拟化支持对虚拟网络进行集中控制和管理，就像 Leaf-Spine 结构集中和优化物理网络中的流量一样。