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可重构网络基础设施架构

发布时间: 2022-11-08

可重构网络基础设施架构,可重构网络基础设施具备计算、存储和网络等多资源一体化融合能力,整体架构可划分为物理资源层、虚拟资源层和资源服务与调度层三部分,如图1所示。


图1 可重构网络基础设施架构

1.物理资源层

物理资源包括计算资源、存储资源、交换资源和传输资源,设备形式包括服务器、存储设备、交换机、防火墙(FireWall,FW)、位置服务(Location Based Service,LBS)和传输设备等。存储设备包括网络附加存储(NAS)设备和存储区域网络(SAN)设备等。传输设备又可细分为软件定义光网络(SDON)和软件定义无线电(SDR)等。

2.虚拟资源层

虚拟资源层在可重构基础设施中处于核心位置,该层与“资源服务与调度层”一道,对来自上层操作系统的各类资源访问指令和数据进行“截获”。指令和数据被截获后进行“小聚大”的分布式资源聚合处理,“大分小”的虚拟化隔离处理,以及必要的异构资源适配处理。这种处理可以实现在上层操作系统无须感知的情况下,将分散在一个或多个物理设备上的资源进行统一虚拟化与池化。

虚拟资源层的实现实质上是通过在多道应用作业实例与底层的物理资源设备之间进行时分和空分的调度,从而让每道作业实例都“感觉”到自己是在独占相关资源,而实际上资源在多个作业实例之间的复杂、动态的复用调度机制完全被虚拟资源层屏蔽,技术实现的主要困难与挑战在于,操作系统的管理API是应用程序感知的,而虚拟资源层则必须做到上层操作系统“无感知”,做到令上层操作系统可接受的性能开销。

资源层包括三部分,具体如下:

(1)软件定义计算

计算资源的虚拟化通过弹性计算资源管理软件及虚拟化软件协同完成,弹性计算资源管理软件对外负责提供弹性计算资源服务管理API,对内负责根据用户请求调度分配具体的物理计算资源;虚拟化软件(Hypervisor)对所有的X86指令进行截获,并执行不为上层软件所知的并行“仿真操作”,使得从应用角度,其仍然独占底层的CPU、内存及I/O资源。

(2)软件定义存储

通过对所有来自融合应用层的存储数据面的I/O读写操作进行“截获”,建立从业务应用视角覆盖不同厂家、不同版本的异构存储资源的统一的API接口,进行统一的信息建模,使得上层应用可以采用规范一致的,与底层具体硬件内部实现细节解耦的方式访问底层存储资源。而且可以通过存储虚拟化实现存储资源的“小聚大”“大分小”。

(3)可编程交换

为实现彻底与底层硬件网络进行解耦,并实现节点内资源及跨节点资源之间的网络高效互联,采用转发与控制分离、可编程网络技术实现网络细粒度的管控和资源的自动化调配。

3.资源服务与调度层

通过提供标准化的API将计算、存储、网络作为基本的资源单位,通过统一的资源调用接口从而实现资源的加载、卸载、调整等操作。

(1)弹性计算资源调用API:计算资源包括CPU和内存,基于计算虚拟化技术已经将CPU和内存虚拟化和池化,系统提供资源的动态申请、释放、故障检测、隔离和自动切换功能,做到业务不感知。

(2)弹性存储资源调用API:存储资源API提供文件或者卷接口,除提供常见的资源申请、释放、分配等功能外,还涉及异构资源的池化、存储资源的分层分级存储等关键技术。

(3)弹性通信网络资源调用API:网络资源API的基本功能包括资源的申请、释放、监控、故障隔离和恢复等,需要考虑资源的统一化。

状态多维感知主要完成物理资源层、虚拟资源层及资源服务与调度层的资源状态实时感知。通过状态多维感知对网络的流量、拓扑、业务、传输特性等分析和探测,对计算、存储资源等资源状态进行感知,在此基础上,提供资源智能调度、态势评估与态势预测等功能,为网络安全、网络运维、网络资源调度提供依据。

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