網(wǎng)絡(luò)自動化編排技術(shù)淺析

一、 什么是網(wǎng)絡(luò)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(luò)管理范疇，指的是以用戶需求為目的，將各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單元進行有序的安排和組織，使網(wǎng)絡(luò)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(wù)。網(wǎng)絡(luò)編排實際上是用網(wǎng)絡(luò)抽象語言定義一個從用戶到業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)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(luò)服務(wù)需要具有快速部署、動態(tài)調(diào)整、重復(fù)使用的能力。(如圖1所示)

圖1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)編排

二、 為什么需要網(wǎng)絡(luò)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(luò)服務(wù)帶來了怎樣的影響，該如何看待網(wǎng)絡(luò)編排?

圖2 服務(wù)的三個困境

以某企業(yè)IT業(yè)務(wù)常規(guī)的部署為例，其要部署一個Exchange郵件服務(wù)器，并為市場部門提供服務(wù)。首先系統(tǒng)管理員進行計算資源的部署，然后網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)要求配置接入交換機的網(wǎng)絡(luò)資源，并根據(jù)需要對匯聚以及更上層節(jié)點進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)配?？紤]到市場部門人員使用該服務(wù)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(luò)調(diào)配。(如圖3所示)。

圖3 IT業(yè)務(wù)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(wù)器虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)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(wù)并部署Exchange VM image。相對于計算資源的點狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)由于其更為復(fù)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(luò)實時狀況非常了解(比如拓撲)，涉及到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點范圍可能會非常多，非常容易出錯。

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

如果還需要為其他部門建立一個類似的Exchange服務(wù)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(wù)中復(fù)用現(xiàn)有的基礎(chǔ)架構(gòu)和勞動成果。

當通過網(wǎng)絡(luò)編排能力交付網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后，我們可以把實現(xiàn)一個業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)部署的預(yù)期時間，縮短到僅僅幾分鐘的時間，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化部署能力(如圖4所示)。

圖4 使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)編排之后的IT業(yè)務(wù)部署模式

三、 網(wǎng)絡(luò)編排對象的設(shè)計

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

1. 對網(wǎng)絡(luò)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(wù)本身，必須要做到對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備業(yè)務(wù)功能的抽象。

從實現(xiàn)技術(shù)上看，對網(wǎng)絡(luò)/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(luò)/設(shè)備功能的抽象。SDN的核心是對網(wǎng)絡(luò)的行為進行集中編程控制，就必然首先要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的行為和能力進行抽象。如OpenFlow技術(shù)就是將網(wǎng)絡(luò)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(luò)技術(shù)(比如SNMP/CLI等管理協(xié)議)實現(xiàn)對設(shè)備/網(wǎng)絡(luò)功能的抽象。

圖5 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能抽象

2.對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最小單元進行抽象

基于網(wǎng)絡(luò)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(luò)服務(wù)單元(網(wǎng)絡(luò)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(wù)(DHCP/DNS/NAT)、 安全服務(wù)(FW/LB/IPS)。

作為網(wǎng)絡(luò)對象，每個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單元都會占用一定的網(wǎng)絡(luò)資源(如交換機端口、帶寬、VLAN、IP地址池、隊列等)，同時網(wǎng)絡(luò)對象還會有其他的網(wǎng)絡(luò)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(luò)服務(wù)單元都具有各自對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備功能(對應(yīng)上面小節(jié)的抽象能力)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單元(網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(wù)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(luò)功能和技術(shù)細節(jié)非常了解。這就使得服務(wù)的建立成為一個很大的技術(shù)壁壘，使得服務(wù)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(luò)服務(wù)單元(服務(wù)對象)進行編排，將為服務(wù)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(luò)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(wù)編排定義過程中，服務(wù)對象和具體物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)聯(lián)綁定不是必須的，為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)復(fù)用性提供了可能。

3.對網(wǎng)絡(luò)模型進行抽象

從用戶對服務(wù)的訪問路徑分析出發(fā)，可以抽象各類物理網(wǎng)絡(luò)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(luò)模式可以分為用戶接入網(wǎng)絡(luò)、WAN網(wǎng)絡(luò)、DC核心、DC匯聚、DC接入、虛擬服務(wù)器等幾個區(qū)域;網(wǎng)絡(luò)比較簡單時，可以只有用戶接入網(wǎng)絡(luò)、WAN網(wǎng)絡(luò)、DC網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計者可以根據(jù)實際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目的抽象成不同網(wǎng)絡(luò)模型。比如只關(guān)注用戶接入和應(yīng)用服務(wù)器接入的控制，在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)模型時，就可以不必關(guān)注WAN網(wǎng)絡(luò)、DC核心/匯聚節(jié)點。