網絡自動化編排技術淺析

一、 什么是網絡編排?

編排(Orchestration)，最早出現于藝術領域，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網絡管理范疇，指的是以用戶需求為目的，將各種網絡服務單元進行有序的安排和組織，使網絡各個組成部分平衡協調，生成能夠滿足用戶要求的服務。網絡編排實際上是用網絡抽象語言定義一個從用戶到業務服務的網絡管道的過程。編排后得到的、能滿足自動化部署要求的網絡服務需要具有快速部署、動態調整、重復使用的能力。(如圖1所示)

圖1 網絡服務編排

二、 為什么需要網絡編排?

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)。這些難題給網絡服務帶來了怎樣的影響，該如何看待網絡編排?

圖2 服務的三個困境

以某企業IT業務常規的部署為例，其要部署一個Exchange郵件服務器，并為市場部門提供服務。首先系統管理員進行計算資源的部署，然后網絡管理員根據要求配置接入交換機的網絡資源，并根據需要對匯聚以及更上層節點進行網絡調配。考慮到市場部門人員使用該服務時，可能從公司內部、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，還需要在路由器網關、防火墻等節點進行網絡調配。(如圖3所示)。

圖3 IT業務常規部署模式

在這個操作過程中，計算資源的自動化交付因為服務器虛擬化技術的廣泛應用而比較容易實現，系統管理員可以以自助的方式申請VM資源服務并部署Exchange VM image。相對于計算資源的點狀結構，網絡由于其更為復雜的網狀和層次結構，實現完全自動化部署比較困難;常規模式下的手工操作或借助于管理工具的操作，需要對網絡實時狀況非常了解(比如拓撲)，涉及到的網絡節點范圍可能會非常多，非常容易出錯。

同時服務并不是一成不變的(比如服務擴容、服務器虛擬化所引入的VM遷移等)，要求網絡配置隨之動態調整，常規模式下的手工網絡操作將引起業務服務的長時間中斷，已經不能滿足當前業務的要求。

如果還需要為其他部門建立一個類似的Exchange服務時，從設計到實施，所有的工作都需要重新開始。無法從已有的服務中復用現有的基礎架構和勞動成果。

當通過網絡編排能力交付網絡服務后，我們可以把實現一個業務網絡部署的預期時間，縮短到僅僅幾分鐘的時間，從而實現網絡自動化部署能力(如圖4所示)。

圖4 使用網絡服務編排之后的IT業務部署模式

三、 網絡編排對象的設計

網絡編排的過程，可以簡單理解為對抽象網絡對象的組織和調配，包含網絡資源的分配調度等。對網絡對象的抽象設計可以拆分如下幾個方面。

1. 對網絡設備功能進行抽象

在當前技術環境下，IT管理員所面對的不再是一成不變的設備環境，基礎設施可能隨著需求而快速增長。這種增長既包括數量上的增長，也包含廠商、設備型號的增加。為了屏蔽不同廠商、不同型號設備的差異，使IT管理員的精力聚焦在服務本身，必須要做到對網絡設備業務功能的抽象。

從實現技術上看，對網絡/設備功能的抽象有兩種(如圖5所示)。

1) 基于SDN相關的技術對網絡/設備功能的抽象。SDN的核心是對網絡的行為進行集中編程控制，就必然首先要對網絡設備的行為和能力進行抽象。如OpenFlow技術就是將網絡抽象為簡單的基于流的轉發控制能力。在此基礎之上，可以抽象基于流的ACL、QwS、VLAN、VPN等功能。

2) 基于傳統網絡技術(比如SNMP/CLI等管理協議)實現對設備/網絡功能的抽象。

圖5 網絡設備功能抽象

2.對網絡服務的最小單元進行抽象

基于網絡設備功能的抽象，從表義性角度出發設計可編排的最小單元作為網絡服務單元(網絡對象)，包含設備(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(DHCP/DNS/NAT)、 安全服務(FW/LB/IPS)。

作為網絡對象，每個網絡服務單元都會占用一定的網絡資源(如交換機端口、帶寬、VLAN、IP地址池、隊列等)，同時網絡對象還會有其他的網絡屬性，無法作為資源進行統一分配(如優先級、時延要求、有線/無線類型等等)。

每個網絡服務單元都具有各自對應的網絡/設備功能(對應上面小節的抽象能力)。網絡服務單元(網絡對象)作為后續編排的基本元素，為什么不直接采用抽象出來的網絡設備功能進行編排呢?事實上，這是目前一些編排軟件的做法，但這要求服務管理員具有非常豐富的專業知識和經驗，對每個網絡功能和技術細節非常了解。這就使得服務的建立成為一個很大的技術壁壘，使得服務編排變得比較困難。因此這種編排能力僅適合于非常專業的用戶。

采用抽象層次更高的網絡服務單元(服務對象)進行編排，將為服務管理員提供更接近自然語言的設計能力，與直接采用網絡設備功能的編排對比，就相當于面向對象編程和結構化編程的區別，高級語言和匯編語言的區別。同時在服務編排定義過程中，服務對象和具體物理網絡設備的關聯綁定不是必須的，為網絡服務復用性提供了可能。

3.對網絡模型進行抽象

從用戶對服務的訪問路徑分析出發，可以抽象各類物理網絡的組網模型。例如：用戶從分支訪問遠程數據中心的完整路徑，其網絡模式可以分為用戶接入網絡、WAN網絡、DC核心、DC匯聚、DC接入、虛擬服務器等幾個區域;網絡比較簡單時，可以只有用戶接入網絡、WAN網絡、DC網絡。設計者可以根據實際網絡設計目的抽象成不同網絡模型。比如只關注用戶接入和應用服務器接入的控制，在設計網絡模型時，就可以不必關注WAN網絡、DC核心/匯聚節點。