Cisco Nexus 7000系列虚拟化架构 通过多级虚拟化实现资源整合

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介绍
由于维护不断扩大的IT基础设施不仅成本高昂，而且效率很低，因此很多企业都开始实施大规模的基础设施整合计划。虚拟化技术让IT部门可以在多个逻辑职能之间共享一台物理设备，最大限度地利用现有资源。这可以避免将整个设备专门用于单一职能，导致物理设备的利用率过低。
　　

不同的虚拟化级别
　　

根据故障遏制和管理分离的层次要求，可以对设备执行多种不同级别的虚拟化。决定网络设备虚拟化级别的主要组件包括：

• 控制平面：创建多个独立控制平面例程的能力让用户可以创建多个逻辑拓扑和故障域。
  
• 数据（或者转发）平面：用户可以通过对转发表和其他数据库进行分区，实现数据隔离。
  
• 管理平面：可以为每个虚拟设备独立提供精简的管理环境。
  
• 软件分区：可以将模块化软件进程合并到专门用于特定虚拟设备的分区之中，从而创建明确定义的故障域。
  
• 硬件组件：用户可以对硬件组件进行分区，将某个分区专门用于特定的虚拟设备，从而以可预测的方式，将硬件资源分配给不同的虚拟设备。
  

　　

Cisco Nexus™ 7000系列可以通过虚拟交换机技术（VDC），支持所有这些不同的虚拟化级别。VDC能够将专用软件进程和专用硬件组合到一起，在一个独立的管理上下文中提供虚拟的控制和数据平面。
　　

对于虚拟化的需求
　　

计算、存储和网络基础设施资源的容量和功耗在最近几年中大幅增加。与此同时，对于这些资源的需求也在不断增长。这两个因素导致分布式基础设施资源的迅速扩散，但同时也使得一些过剩的、没有得到充分利用的基础设施容量散布于整个网络之中。
　　

随着需求的进一步增长，利用率低下的系统数量继续增多，进而形成极为庞大、复杂和昂贵的基础设施，以及高昂的投资开支（CapEx）和运营开支（OpEx）。另外，与供电、冷却和占地空间有关的成本也随着基础设施的扩大而增加。
　　

图1. 通过采用合适的虚拟化技术逐渐降低运营开支
　　


　　

将多种职能整合到少量设备的能力可以简化系统架构，进而在不降低效率、利用率和可扩展性的前提下，减少需要执行的任务和需要维护的组件。这将最终可以提高企业的运营效率。在网络基础设施的虚拟化方面，VDC可以帮助企业将多个网络整合到一个统一的物理基础设施上，同时保持整合网络之间的运营独立性，同时提高设备的利用率。
　　

虚拟设备上下文环境
　　

Cisco Nexus 7000系列交换机可以根据业务需求划分为多个虚拟设备（如图2所示）。VDC能够真正地区分不同虚拟设备的网络流量，提供上下文级别的故障隔离，以及通过创建独立的硬件和软件分区实现有效的管理。
　　

图2 虚拟设备上下文
　　


　　

整合的基础设施可以提高灵活性和简化运营。VDC能够通过降低功耗和空间要求，提高设备利用率，以及简化维护和加快维修速度，有效地节约投资开支和运营开支。
　　

Cisco Nexus 7000系列交换机支持Cisco NX-OS操作系统。这是一种专为数据中心而设计的新型操作系统。Cisco NX-OS建立在Cisco IOS® 软件、Cisco® MDS 9000 SAN-OS软件和一些重要的收购成果的基础上，可以为VDC提供有力的支持，并能在设备级别实现交换机的虚拟化。对于该物理交换机框架中的连接用户而言，该系统所配置的每个VDC都会显示为一个不同的设备。VDC会作为一个单独的逻辑实体在交换机中运行，具有其自己独特的软件进程集，拥有独立的配置，并由一个单独的管理员负责管理。
　　

Cisco Nexus 7000系列虚拟化网络设备的特性
　　

• 故障遏制是指防止某个虚拟设备上的问题影响运行于同一个物理设备上的其他虚拟设备。
  
• 为每个虚拟设备设立独立的管理环境对于简化各种虚拟环境的运营和管理极为重要。管理用户的层次化结构要求限制某些操作人员只能使用特定的管理环境，或者这些管理环境的子集。
  
• 在不同的虚拟设备之间灵活地区分和分配软件组件的能力非常重要。在OS内部，软件组件通常包括多个进程或者进程例程。Cisco NX-OS可以提供模块化的软件进程，而这种模块化对于实现VDC所需要的软件组件隔离和分配极为有用。
  
• 为将硬件资源分配到特定的虚拟设备，需要灵活地区分硬件资源。遏制故障的程度在很大程度上取决于为不同虚拟设备隔离和分配硬件资源的能力。端口等资源可以专门用于某个VDC；在某个端口被分配给一个VDC之后，其他VDC就将无法使用该端口。
  
• 一个硬件平台要想支持虚拟化，必须具备一定的可扩展性。在部署多个逻辑设备时，物理设备所需要管理的流量会大幅增加。Cisco Nexus 7000系列交换机的分布式架构，加上VDC的硬件分配能力，可以为硬件平台带来出色的智能扩展功能，最大限度地提高现有资源的利用率。
  

　　

VDC的运行特性
　　

VDC是交换机物理端口的一个子集

• 使用一个独特的配置文件来定义设备的功能
  
• 与其他VDC分开管理
  
• 可被用于隔离同一个物理基础设施上支持的其他VDC的数据流
  
• 支持同一交换机上不同VDC之间的进程独立性和故障隔离（如图3所示）
  

　　

图3 VDC故障隔离
　　


　　

VDC的潜在应用案例
　　

• 为多个部门的流量提供安全的网络分区，让每个部门可以独立管理和维护其各自的配置
  
• 整合数据中心内部的多个层次，以降低总体的投资开支和运营成本，提高资产的利用率。
  
• 在生产网络的隔离VDC上测试新型配置或连接选项，从而大幅度缩短部署服务所需的时间。
  
• 支持效用计算，让不同的客户以不同的SLA连接到隔离的网络域
  
• 为网络管理员和操作人员的培训提供一个设备上下文环境，降低培训开支
  

　　

为什么数据中心客户应投资于VDC
　　

投资于数据中心的客户可以通过部署Cisco NX-OS中的VDC，获得显著的优势。
　　

VDC能够通过创建多个逻辑交换机上下文，帮助数据中心客户划分物理交换机资源，从而提高虚拟化水平。此外，一些新推出的功能――例如在不同VDC之间重复使用ID（VLAN、虚拟路由转发[VRF]等）――可以实现真正独立的基础设施运营和扩展
　　

为数众多的运营改进功能（例如故障和管理隔离）可以提高系统的可用性和加强隔离，从而为数据中心客户提供创新的网络服务。
　　

VDC可以提供流量隔离功能，将交换机的物理资源的使用范围扩展到基本限制之外。这些范围广泛的优势可以为数据中心客户提供对下一代虚拟化技术的支持，帮助他们将Cisco Nexus 7000系列交换机的应用范围拓展到其物理限制之外。