網(wǎng)絡自動化編排技術(shù)淺析

一、 什么是網(wǎng)絡編排?

編排(Orchestration)，最早出現(xiàn)于藝術(shù)領(lǐng)域，指的是按照一定的目的對各種音樂、舞蹈元素進行排列，以期達到最好的效果。引申到IT網(wǎng)絡管理范疇，指的是以用戶需求為目的，將各種網(wǎng)絡服務單元進行有序的安排和組織，使網(wǎng)絡各個組成部分平衡協(xié)調(diào)，生成能夠滿足用戶要求的服務。網(wǎng)絡編排實際上是用網(wǎng)絡抽象語言定義一個從用戶到業(yè)務服務的網(wǎng)絡管道的過程。編排后得到的、能滿足自動化部署要求的網(wǎng)絡服務需要具有快速部署、動態(tài)調(diào)整、重復使用的能力。(如圖1所示)

圖1 網(wǎng)絡服務編排

二、 為什么需要網(wǎng)絡編排?

在云計算時代，IT管理人員面臨著各種各樣的難題(如圖2所示)。這些難題給網(wǎng)絡服務帶來了怎樣的影響，該如何看待網(wǎng)絡編排?

圖2 服務的三個困境

以某企業(yè)IT業(yè)務常規(guī)的部署為例，其要部署一個Exchange郵件服務器，并為市場部門提供服務。首先系統(tǒng)管理員進行計算資源的部署，然后網(wǎng)絡管理員根據(jù)要求配置接入交換機的網(wǎng)絡資源，并根據(jù)需要對匯聚以及更上層節(jié)點進行網(wǎng)絡調(diào)配?？紤]到市場部門人員使用該服務時，可能從公司內(nèi)部、分支辦事處、外出移動辦公等不同地點采用LAN、VPN等方式接入，還需要在路由器網(wǎng)關(guān)、防火墻等節(jié)點進行網(wǎng)絡調(diào)配。(如圖3所示)。

圖3 IT業(yè)務常規(guī)部署模式

在這個操作過程中，計算資源的自動化交付因為服務器虛擬化技術(shù)的廣泛應用而比較容易實現(xiàn)，系統(tǒng)管理員可以以自助的方式申請VM資源服務并部署Exchange VM image。相對于計算資源的點狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡由于其更為復雜的網(wǎng)狀和層次結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)完全自動化部署比較困難;常規(guī)模式下的手工操作或借助于管理工具的操作，需要對網(wǎng)絡實時狀況非常了解(比如拓撲)，涉及到的網(wǎng)絡節(jié)點范圍可能會非常多，非常容易出錯。

同時服務并不是一成不變的(比如服務擴容、服務器虛擬化所引入的VM遷移等)，要求網(wǎng)絡配置隨之動態(tài)調(diào)整，常規(guī)模式下的手工網(wǎng)絡操作將引起業(yè)務服務的長時間中斷，已經(jīng)不能滿足當前業(yè)務的要求。

如果還需要為其他部門建立一個類似的Exchange服務時，從設(shè)計到實施，所有的工作都需要重新開始。無法從已有的服務中復用現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)和勞動成果。

當通過網(wǎng)絡編排能力交付網(wǎng)絡服務后，我們可以把實現(xiàn)一個業(yè)務網(wǎng)絡部署的預期時間，縮短到僅僅幾分鐘的時間，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡自動化部署能力(如圖4所示)。

圖4 使用網(wǎng)絡服務編排之后的IT業(yè)務部署模式

三、 網(wǎng)絡編排對象的設(shè)計

網(wǎng)絡編排的過程，可以簡單理解為對抽象網(wǎng)絡對象的組織和調(diào)配，包含網(wǎng)絡資源的分配調(diào)度等。對網(wǎng)絡對象的抽象設(shè)計可以拆分如下幾個方面。

1. 對網(wǎng)絡設(shè)備功能進行抽象

在當前技術(shù)環(huán)境下，IT管理員所面對的不再是一成不變的設(shè)備環(huán)境，基礎(chǔ)設(shè)施可能隨著需求而快速增長。這種增長既包括數(shù)量上的增長，也包含廠商、設(shè)備型號的增加。為了屏蔽不同廠商、不同型號設(shè)備的差異，使IT管理員的精力聚焦在服務本身，必須要做到對網(wǎng)絡設(shè)備業(yè)務功能的抽象。

從實現(xiàn)技術(shù)上看，對網(wǎng)絡/設(shè)備功能的抽象有兩種(如圖5所示)。

1) 基于SDN相關(guān)的技術(shù)對網(wǎng)絡/設(shè)備功能的抽象。SDN的核心是對網(wǎng)絡的行為進行集中編程控制，就必然首先要對網(wǎng)絡設(shè)備的行為和能力進行抽象。如OpenFlow技術(shù)就是將網(wǎng)絡抽象為簡單的基于流的轉(zhuǎn)發(fā)控制能力。在此基礎(chǔ)之上，可以抽象基于流的ACL、QwS、VLAN、VPN等功能。

2) 基于傳統(tǒng)網(wǎng)絡技術(shù)(比如SNMP/CLI等管理協(xié)議)實現(xiàn)對設(shè)備/網(wǎng)絡功能的抽象。

圖5 網(wǎng)絡設(shè)備功能抽象

2.對網(wǎng)絡服務的最小單元進行抽象

基于網(wǎng)絡設(shè)備功能的抽象，從表義性角度出發(fā)設(shè)計可編排的最小單元作為網(wǎng)絡服務單元(網(wǎng)絡對象)，包含設(shè)備(虛擬/物理)、Port(虛擬/物理)、Link(End-End link、Net-Net link、End-Net link)、Network(L2/L3/flow-based)、IP服務(DHCP/DNS/NAT)、 安全服務(FW/LB/IPS)。

作為網(wǎng)絡對象，每個網(wǎng)絡服務單元都會占用一定的網(wǎng)絡資源(如交換機端口、帶寬、VLAN、IP地址池、隊列等)，同時網(wǎng)絡對象還會有其他的網(wǎng)絡屬性，無法作為資源進行統(tǒng)一分配(如優(yōu)先級、時延要求、有線/無線類型等等)。

每個網(wǎng)絡服務單元都具有各自對應的網(wǎng)絡/設(shè)備功能(對應上面小節(jié)的抽象能力)。網(wǎng)絡服務單元(網(wǎng)絡對象)作為后續(xù)編排的基本元素，為什么不直接采用抽象出來的網(wǎng)絡設(shè)備功能進行編排呢?事實上，這是目前一些編排軟件的做法，但這要求服務管理員具有非常豐富的專業(yè)知識和經(jīng)驗，對每個網(wǎng)絡功能和技術(shù)細節(jié)非常了解。這就使得服務的建立成為一個很大的技術(shù)壁壘，使得服務編排變得比較困難。因此這種編排能力僅適合于非常專業(yè)的用戶。

采用抽象層次更高的網(wǎng)絡服務單元(服務對象)進行編排，將為服務管理員提供更接近自然語言的設(shè)計能力，與直接采用網(wǎng)絡設(shè)備功能的編排對比，就相當于面向?qū)ο缶幊毯徒Y(jié)構(gòu)化編程的區(qū)別，高級語言和匯編語言的區(qū)別。同時在服務編排定義過程中，服務對象和具體物理網(wǎng)絡設(shè)備的關(guān)聯(lián)綁定不是必須的，為網(wǎng)絡服務復用性提供了可能。

3.對網(wǎng)絡模型進行抽象

從用戶對服務的訪問路徑分析出發(fā)，可以抽象各類物理網(wǎng)絡的組網(wǎng)模型。例如：用戶從分支訪問遠程數(shù)據(jù)中心的完整路徑，其網(wǎng)絡模式可以分為用戶接入網(wǎng)絡、WAN網(wǎng)絡、DC核心、DC匯聚、DC接入、虛擬服務器等幾個區(qū)域;網(wǎng)絡比較簡單時，可以只有用戶接入網(wǎng)絡、WAN網(wǎng)絡、DC網(wǎng)絡。設(shè)計者可以根據(jù)實際網(wǎng)絡設(shè)計目的抽象成不同網(wǎng)絡模型。比如只關(guān)注用戶接入和應用服務器接入的控制，在設(shè)計網(wǎng)絡模型時，就可以不必關(guān)注WAN網(wǎng)絡、DC核心/匯聚節(jié)點。