多租户云计算环境下overlay虚拟化网络研究

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1、多租户云计算环境下Ｏｖｅｒｌａｙ虚拟化网络研究王春红（内蒙古财经大学计算机系，内蒙古呼和浩特０１００５１）摘要：从多租户网络技术需求出发，针对现有网络架构面临的困境，通过对３种Ｏｖｅｒｌａｙ技术关键特性的深入分析，以及与现有的相关网络技术进行对比，提出了基于ＶＸＬＡＮ技术的Ｏｖｅｒｌａｙ虚拟化网络架构，给出分布式多租户跨越互联网的Ｏｖｅｒｌａｙ技术组网方案，从而解决了多租户网络互通、跨越广域网互联的问题．关键词：多租户；云计算；虚拟化；Ｏｖｅｒｌａｙ；ＶＸＬＡＮ中图分类号：ＴＰ３９３．２文献标志码：

2、Ａ文章编号：１００１－－８７３５（２０１４）０６－－０７２９－－０５多租户是云计算的基本属性之一，多租户网络是云计算面向服务的典型应用．以公有云为例，云服务提供商所设计的应用系统会容纳大量的租户在同一个环境下使用．如阿里巴巴公司的数据中心的特点就是跨机房大集群、多租户、多资源组，亚马逊公司的数据中心为成千上万的企业用户提供虚拟服务器来实现多租户的业务承载．在私有云中，各政府或企事业单位中部门或分公司就是租户．租户对云中的ＩＴ资源进行申请租借之后，服务提供商按照约定的策略进行动态部署，租户对资源进行使

3、用或者释放．然而，在云计算中，虚拟机增长的快速性以及虚拟机频繁迁移，受到了物理网络承载能力的限制．因此，如何实现多租户跨互联网之间数据的互访和安全隔离，是云计算网络部署要重点考虑的技术问题．现有的网络技术虽然可以实现多租户网络的互通、跨越广域网互联的问题，但需要通过软硬件的升级才能响应需求．本文设计了基于ＶＸＬＡＮ技术的Ｏｖｅｒｌａｙ虚拟化网络架构模型，该模型不改变现有的网络架构，在原有网络架构的基础上叠加网络虚拟化技术，从而实现跨广域网多租户虚拟机的互联互通，优化了传统的网络架构．多租户网络需求分

4、析多租户网络要求服务器资源、存储资源以及网络资源要随需配置、自动化、动态部署、快速响应、安全隔离．（１）每个租户可能占用多个虚拟机资源，多租户网络必须要满足虚拟机之间的隔离，每一个租户必须有自己独立的网络链路．（２）虚拟机之间的相互通讯要求在共享物理网络拓扑结构情况下，为租户提供有条件的互通和数据共享的网络策略．（３）由于租户的应用不同，对带宽和流量的控制以及拥塞有不同要求，如何保证租户的服务质量非常重要．（４）租户所租赁的服务器的业务部署跨越了不同的数据中心，势必需要跨越广域网实现互联，而这些租户

5、所对应的虚拟机由于业务需求经常要进行迁移，数据交换要跨越广域网．面对多租户云网络的需求，现有的传统网络架构面临诸多困境：①ＶＬＡＮ数量限制网络隔离能力，ＶＬＡＮ的数量最大为４０９６个，远不能满足大规模云计算数据中心的需求；②物理网络架构限制虚拟机的迁移范围，基于ＩＰ子网的网络划分限制了需要二层网络连通性的应用负载的部署；③ＴＯＲ接入交换机ＭＡＣ表限制虚拟机规模．针对以上存在的种种挑战，无论是传统的设备硬件，还是传统的交换路由协议，都不能很好地支撑云计算资源虚拟池化．当然，业界厂商也在从硬件架构、操作

6、系统、交换协议、软件特性等方面做重大升级，来响应不同的网络需求．对于小规模的云计算虚拟化，现有的网络技术如ＴＲＩＬＬ、ＦａｂｒｉｃＰａｔｈ、ＯＴＶ、ＥＶＩ、ＶＥＰＡ等也可以满足业务需求，然而完全依赖于物理网络设备本身的技术改良和硬件升级，并不能完全解决大规模云计算环境下多租户的问题．１收稿日期：２０１４－０４－１８基金项目：内蒙古自治区高等学校研究项目（ＮＪＺＹ１２２００）；内蒙古财经大学科研项目（ＫＹ１３０２）作者简介：王春红（１９７９－），女，内蒙古呼和浩特市人，内蒙古财经大学讲师，主要从事计算

7、机网络规划与设计、计算机教育应用研究．·７３０·内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）第４３卷基于ＶＸＬＡＮ技术的Ｏｖｅｒｌａｙ网络架构云计算时代的到来使网络技术再次发生变革，数据中心的网络结构由结构化的分层结构向Ｎ∶１的网络虚拟扁平化发展过渡．对于分布在不同地理位置数据中心的多租户之间，租户内部的数据资源需要相互连通、共享或者虚拟机需要迁移、备份时，就要求多租户网络解决跨越互联网的技术挑战．互联网是基于ＩＰ的３层网络，而租户的数据资源所在的数据中心是二层网络．不同数据中心多租户之间的二层互联与业务扩

8、展，实现承载的应用在网络上ＩＰ可达，并能与其他网络业务分离是多租户网络亟待解决的问题．２网络模型现有的技术诸如裸光纤或ＤＷＤＭ传输、基于ＭＰＬＳ网络的ＶＰＬＳ＋ｓｍａｒｔｌｉｎｋ和ＶＰＬＳ＋ＩＲＦ＋ＬＡＣＰ组网方案、基于ＩＰ网络的ＶＰＬＳｏｖｅｒＧＲＥ等方案都可以实现二层网络互联，但很大程度上受用户现有的网络架构的限制，用户的升级成本较高、技术比较复杂，部署及运维难度大．为了解决数据中心多租２．１图１Ｏｖｅｒｌａｙ网络模型Ｆｉｇ．１ＭｏｄｅｌｏｆＯｖｅｒｌａｙｎｅｔｗ