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分布式数据中心网络互联方案的技术实现
(2014-02-25
14:54:27)
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载
▼
分类：
数据中心
文
/
康乐
<
/p>
通过虚拟机动态迁移技术（如
VMware
的
vMotion
）可实现数据中心间的计算资源动态调
配，通过服务器高可用集群技术可实现数据中心间应用级容灾，这两种应用场景统称为
“
分
布式数据中心（
Distributed Data Center
）部署方式
”
，其特点是一个应用系统在
IP
地址
不变的情况下可以在不同数据中心对外提供服务，
但同一时段此
应用只出现在一个数据中心，
数据中心的访问用户不感知这种变化。
本文针对这一特点，
阐述分布式数据中心的三种互联
方案<
/p>
——
数据中心间存储网络互联方案、
数据
中心服务器接入层二层网络互联方案、
数据中
心间三层网络互联
方案各自的技术实现要求。
一、
虚拟机跨中心动态迁移
最常见的分布
式数据中心应用场景是基于
“
动态虚拟机迁移技术
”
的跨中心计算资源调配，
如
Vmware ESXi
产品的
vMotion
技术可以在不中断虚机运行状态的情况下，将虚机从一个
物理服务器迁移到另
一个物理服务器。
vMotion
的核心技术是虚拟机内存及<
/p>
CPU
运行状态
在不同物理机之间的拷贝
，
而迁移前后的两台物理机需要通过
“
共享存储
（
Shared Storage
）
方式
”
或
“
双活存储（
Active-Active
< br>）方式
”
共享相同的虚机映像文件。对于采用
NAS
技术
实现的共享存储，两台物理机必须能访
问到相同盘阵上的目标文件；对于采用
SAN
扩展技
术实现的共享存储，两台物理机需要访问具有相同
LUN ID
的存储设备。共享存储方式的
数据中心存储网络互联方案如图
1
左侧拓扑，存储设备只部署在
A
< br>中心，
NAS
或
SAN
跨
A
、
B
中心部署，当虚机从
A
中心迁至
B
中心时，
B
中心的物理服务器仍
然可以访问位于
A
中心的存储设备。
1.
挑战
1
：解决存储对延时敏感
跨中心做虚机迁移的第一个技术挑战是
存储对延时敏感，
B
中心对存储的访问延时较大，
随
着两中心间的距离增大，
迁至
B
中心的虚机
I/O
性能随之下降
。
采用双活
（
Active/Acti
ve
）
方式的存储技术
（如
EMC VELEX Metro
）
可以较好的解
决共享存储方案的访问延迟问题。
如图
1
右侧拓扑，
在
A
、
< br>B
中心都同时部署物理存储设备，
并且通过
SAN
互联，
由位于
A
、
B
中心的存储控制器在
< br>A
、
B
中心间虚拟出一个逻辑存
储设备，
两中心的物理服务器访问具
有相同
LUN ID
的逻辑存储设备，存储控制器实现读
I/O<
/p>
请求的就近访问以及写
I/O
的双
侧同步。因此，当
A
中心的虚机迁至
B
中心时，
B
中心的服
务器通过本地的存储控制器访
问本地的存储设备，因此该方案的
I/O
延迟比共享存储方式小。
FC SAN
< br>互联通常借助传
输技术（
DWDM
、
SDH
等）实现，也有基于
IP<
/p>
技术的
FCIP
互联方案，但
FCIP
在实际部
署中不多见。
< br>iSCSI SAN
互联及
NAS
网络互联都基于
TCP/IP
技术实现。
图
1.
分布式数据中心的存储互联网络
2.
挑战
2
：保持迁移前的运行状态
跨中心做虚机迁移面对的第二个挑战是虚拟机完成
< br>vMotion
之后，
不仅
IP
地址不变，
而且
还保持迁移前的运行状
态（如
TCP
会话状态），所以必须将涉及虚机迁移的物理服务
器接
入同一个二层网络，
以便在虚机迁移之后仍然可以访问位于
同一网段内的其他虚机
（或服务
器）
，
因此这种应用场景要求构建跨中心的二层互联网络。
二层互联的
技术主要有如下三类
（具体技术介绍详见《
IP
领航》第二十五期
“
大二层技术
”
，本文不再赘述）。
MAC
over IP
（如
H3C EVI
技
术）
。
通过在
IP
网络上动态构建隧道，
实现以太网
VLAN
的跨数据中心部署。这种技术不依赖物理层技术和数据链路层技术，只要网络层
IP
可达，
则
VLAN
就可顺势扩展。
另外，
EV
I
技术针对分布式中心应用场景进行了一些优化了设计，
例如<
/p>
EVI
实现了
“
网关分离部署特性
”
、
“
基于控制协议学习
MAC
地址
”
、
“ARP
代理特性
”
等，所以推荐使用该技术实现数据中心二层互联。
VPLS
。
一种传统的二层
VPN
技术，
运营商通常用该技术为客户提供多站
点二层互通。
VPLS
主要是基于
MP
LS
技术实现，
且在各站点间通过广播来学习
< br>MAC
地址，
其配置管理较复杂，
所以通常情况不建议采用该技术实现数据中心间二层扩展。
DWDM/Dark Fiber
。
在
物理介质层实现数据中心间互联，可以为跨中心二层扩展提供
灵活的部署形式，例如，用
户既可以直接将两中心的交换机互联实现
VAN
扩展，也可以先
在数据中心间建立三层互联通道，
再基于
MAC Over IP
（如
H3C EVI
技术）
技术实现
VLAN
扩展
，
后者的好处在于可以利用
MAC Over IP
提供了技术特性简化分布式数据中心间
MAC
地址
学习、三层路径优化等问题。
3.
挑战
3
：解决三层次优路径
跨中心做虚拟机迁移的第三个技术挑战是虚机完成动态迁移之后的三层访问路径问题，
如图
2
左侧拓扑，虚拟机位于
A
中心，其
IP
地址是
10.1.1.100
。按照传统的部署思路，为保
证客户机可以访问位于
A
中心的虚拟机，必须在网络三层转发
的
Ingress
方向和
Egress
方向上做如下部署：
Ingress
方向（客户机到虚机）
：
B
中心的核心路由器向客户机方向通告虚机所在子网的
路由（如
10.1.10/24
），而
A
数据中心的核心路由器将虚机所在的子网地址拆分成两条
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