網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)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(duì)各種音樂、舞蹈元素進(jìn)行排列，以期達(dá)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(jìn)行有序的安排和組織，使網(wǎng)絡(luò)各個(gè)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(shí)際上是用網(wǎng)絡(luò)抽象語(yǔ)言定義一個(gè)從用戶到業(yè)務(wù)服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管道的過(guò)程。編排后得到的、能滿足自動(dòng)化部署要求的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需要具有快速部署、動(dòng)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(jì)算時(shí)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(lái)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(gè)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(gè)Exchange郵件服務(wù)器，并為市場(chǎng)部門提供服務(wù)。首先系統(tǒng)管理員進(jìn)行計(jì)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(jī)的網(wǎng)絡(luò)資源，并根據(jù)需要對(duì)匯聚以及更上層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)配?？紤]到市場(chǎng)部門人員使用該服務(wù)時(shí)，可能從公司內(nèi)部、分支辦事處、外出移動(dòng)辦公等不同地點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)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(gè)操作過(guò)程中，計(jì)算資源的自動(dòng)化交付因?yàn)榉?wù)器虛擬化技術(shù)的廣泛應(yīng)用而比較容易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)管理員可以以自助的方式申請(qǐng)VM資源服務(wù)并部署Exchange VM image。相對(duì)于計(jì)算資源的點(diǎn)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(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)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(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀況非常了解(比如拓?fù)?，涉及到的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)范圍可能會(huì)非常多，非常容易出錯(cuò)。

同時(shí)服務(wù)并不是一成不變的(比如服務(wù)擴(kuò)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(dòng)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(zhǎng)時(shí)間中斷，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)的要求。

如果還需要為其他部門建立一個(gè)類似的Exchange服務(wù)時(shí)，從設(shè)計(jì)到實(shí)施，所有的工作都需要重新開始。無(wú)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(dòng)成果。

當(dāng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編排能力交付網(wǎng)絡(luò)服務(wù)后，我們可以把實(shí)現(xiàn)一個(gè)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)部署的預(yù)期時(shí)間，縮短到僅僅幾分鐘的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)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(duì)象的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)編排的過(guò)程，可以簡(jiǎn)單理解為對(duì)抽象網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的組織和調(diào)配，包含網(wǎng)絡(luò)資源的分配調(diào)度等。對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的抽象設(shè)計(jì)可以拆分如下幾個(gè)方面。

1. 對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能進(jìn)行抽象

在當(dāng)前技術(shù)環(huán)境下，IT管理員所面對(duì)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(zhǎng)。這種增長(zhǎng)既包括數(shù)量上的增長(zhǎng)，也包含廠商、設(shè)備型號(hào)的增加。為了屏蔽不同廠商、不同型號(hào)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(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備業(yè)務(wù)功能的抽象。

從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上看，對(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備功能的抽象。SDN的核心是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的行為進(jìn)行集中編程控制，就必然首先要對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的行為和能力進(jìn)行抽象。如OpenFlow技術(shù)就是將網(wǎng)絡(luò)抽象為簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的最小單元進(jìn)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(jì)可編排的最小單元作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單元(網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(duì)象，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單元都會(huì)占用一定的網(wǎng)絡(luò)資源(如交換機(jī)端口、帶寬、VLAN、IP地址池、隊(duì)列等)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象還會(huì)有其他的網(wǎng)絡(luò)屬性，無(wú)法作為資源進(jìn)行統(tǒng)一分配(如優(yōu)先級(jí)、時(shí)延要求、有線/無(wú)線類型等等)。

每個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)單元都具有各自對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)/設(shè)備功能(對(duì)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(duì)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(lái)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能進(jìn)行編排呢?事實(shí)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能和技術(shù)細(xì)節(jié)非常了解。這就使得服務(wù)的建立成為一個(gè)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(duì)象)進(jìn)行編排，將為服務(wù)管理員提供更接近自然語(yǔ)言的設(shè)計(jì)能力，與直接采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能的編排對(duì)比，就相當(dāng)于面向?qū)ο缶幊毯徒Y(jié)構(gòu)化編程的區(qū)別，高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的區(qū)別。同時(shí)在服務(wù)編排定義過(guò)程中，服務(wù)對(duì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行抽象

從用戶對(duì)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(yuǎn)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(gè)區(qū)域;網(wǎng)絡(luò)比較簡(jiǎn)單時(shí)，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(jì)者可以根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(jì)網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)，就可以不必關(guān)注WAN網(wǎng)絡(luò)、DC核心/匯聚節(jié)點(diǎn)。