編輯推薦
思科在2013年末推齣瞭ACI解決方案,以從應用齣發的視角構建企業級數據中心網絡,通過開源開放的方式來包容雲化的基礎架構資源,更重要的是具化網絡與應用、與業務之間的關聯,從而凸顯網絡對於企業的價值。當然,天下沒有免費的午餐,企業網絡從業人員需要用全新的視角來審視自身的工作,從枯燥的網絡協議和命令行中抬起頭來,更多地去理解企業應用和背後的技術架構,從思考“How:怎麼實現”到更多思考“Why & What:為什麼實現?&?實現什麼”。
ACI(Application Centric Infrastructure,以應用為中心的基礎架構)的齣現,引導瞭網絡行業,尤其是SDN新的發展趨勢,並得到瞭業內的積極響應,為此這本關於ACI的技術專著也於2014年末孕育而生,本書同時還是思科公司成立30周年紀念特彆版。
作為20年來中國市場和客戶值得信賴的閤作夥伴,思科中國公司織並推動瞭該書中文版的齣版,以極快速度將這一革命性的網絡新技術與中國客戶分享。以實現“思科將一如既往地為中國客戶提供全球領先的技術與實踐經驗,助力客戶實現更大的商業價值與創新,為消費者打造亙古未有的全新體驗,並與客戶一道,共同推動中國信息通信産業的變革”的“互信互勵,相益相成”的承諾。
我希望讀者能在學習ACI這項企業網絡近年來重要的革命性技術的同時,能夠思考網絡從業人員如何增添自身價值,實現“破局”。
內容簡介
《策略驅動型數據中心 ACI技術詳解》涵蓋瞭數據中心很多相關技術領域,如服務器、網絡、存儲、虛擬化、安全和運維。前半部從數據中心的架構,雲架構的建立談到ACI如何實現完整的策略驅動管理模式,虛擬和物理的集成,以及ACI(APIC)和OpenStack的集成閤作及運營管理優勢。後半部則著重探討瞭ACI的網絡設計思考,服務的嵌入,自動監測等。結尾具體介紹瞭硬件設計。這是一本由淺入深、內容豐富的綜閤技術專業書,能幫助廣大讀者深入瞭解目前實現SDN的實踐方案ACI。更希望國內的同行、IT專傢和思科一起來探討和描繪ACI的藍圖。
作者簡介
Lucien Avramov,CCIE 19945,思科技術營銷工程師。Lucien的技術專長是Nexus數據中心産品和ACI技術,曾設計過世界各地的數據中心網絡,在交換機架構、QoS、超低延遲網絡、高性能計算設計和OpenStack領域擁有豐富的經驗。Lucien擁有計算機科學碩士學位和法國阿萊斯國立高等礦業學校的通用工程專業學士學位。 Maurizio Portolani,思科全球傑齣技術營銷工程師,從事數據中心網絡設計。他是《數據中心基礎》一書的閤著者,並擁有多項有關全新數據中心技術的專利。他曾就讀於都靈理工大學和巴黎中央理工大學,主修電子學。 劉軍,思科全球傑齣工程師,網絡規劃設計師,從業20年,長期從事企業網絡的規劃、顧問和建設工作,參與多個國內網絡行業標準編寫製定工作;擁有多個國際專利和4個CC I E證書;熟悉網絡硬件架構和芯片技術;專注於路由交換、數據中心、SDN、工業以太網等技術。 周超,網絡架構師,思科中國技術總監,長期在矽榖網絡一綫工作,參與製定多個國際國內網絡標準;擁有多項國際國內專利;涉足廣泛的網絡技術領域,包括MPLS、快速路由轉換、流量工程、數據中心和SDN等。
內頁插圖
目錄
第1章 數據中心架構考慮因素 1
1.1 應用和存儲 1
虛擬化數據中心 2
存儲虛擬化 4
大數據 6
高性能計算 12
超低延遲 14
超大規模數據中心 19
設計拓撲結構示例 23
1.2 基於POD的設計 24
共享基礎架構和雲計算的POD模型或數據模型 24
FlexPod設計 25
1.3 數據中心設計 26
列端式 27
采用主乾-葉節點ACI基礎架構的邏輯數據中心設計 30
1.4 小結 32
第2章 雲架構的組建模塊 35
2.1 雲架構簡介 35
2.2 雲的網絡需求和ACI解決方案 37
2.3 Amazon Web Services模型 39
2.4 自動化服務器配置 40
PXE啓動 41
使用Chef、Puppet、CFengine或類似工具部署操作係統 41
2.5 基礎架構即服務的編排器 44
vCloud Director 45
OpenStack 45
UCS Director 49
Cisco Intelligent Automation for Cloud 50
協調不同的抽象模型 52
2.6 小結 53
第3章 策略數據中心 55
3.1 為什麼需要基於策略的模型? 55
3.2 策略理論 57
3.3 思科APIC策略對象模型 58
終端組 60
思科APIC策略執行 63
應用網絡配置文件 67
契約 67
3.4 理解思科APIC 74
思科ACI操作係統(思科ACI Fabric OS) 75
架構:思科APIC的組件和功能 75
策略管理器 76
拓撲結構管理器 76
觀察器 77
引導控製器 77
設備控製器 78
VMM管理器 78
事件管理器 78
設備組件 78
架構:具有分片的數據管理 78
用戶界麵:圖形用戶界麵 81
用戶界麵:命令行界麵 81
用戶界麵:RESTful API 82
係統訪問:身份驗證、授權和RBAC 82
3.5 小結 83
第4章 運營模型 85
4.1 現代數據中心的關鍵技術和工具介紹 85
網絡管理選項 86
REST協議 86
XML、JSON和YAML 87
Python 89
Git和GitHub 96
4.2 使用思科APIC的操作 99
對象樹 100
使用REST來設計網絡 106
ACI SDK 114
4.3 更多信息 116
4.4 小結 116
第5章 基於虛擬機管理程序的數據中心設計 117
5.1 虛擬化的服務器網絡 118
為什麼服務器上有軟件交換組件? 119
網絡組件概述 121
虛擬機熱遷移 123
5.2 分割選項 123
VLAN 123
VXLAN 123
5.3 Microsoft Hyper-V網絡 126
5.4 Linux KVM和網絡 129
Linux網橋 130
Open vSwitch 131
5.5 VMware ESX/ESXi網絡 136
VMware vSwitch和分布式虛擬交換機 137
VMware ESXi服務器流量需求 138
vCloud Director和vApp 139
5.6 思科Nexus 1000V 141
5.7 使用VN-TAG擴展端口 144
5.8 思科ACI對虛擬服務器連接性的建模 146
疊加網絡標準化 146
VMM域 147
終端發現 148
策略解析即時性 148
思科ACI與Hyper-V的集成 148
思科ACI與KVM的集成 149
思科ACI與VMware ESX的集成 149
5.9 小結 151
第6章 OpenStack 153
6.1 什麼是OpenStack? 153
Nova 154
Neutron 155
Swift 158
Cinder 158
Horizon 159
Heat 159
Ironic 159
6.2 企業中的OpenStack部署 160
6.3 思科ACI和OpenStack的優勢 162
思科ACI策略模型 163
物理和虛擬集成 163
矩陣通道 164
服務鏈 164
遙測 164
6.4 OpenStack APIC驅動程序架構和操作 164
6.5 部署示例 166
Icehouse的安裝 167
思科APIC驅動程序的配置 169
故障排除 172
6.6 OpenStack上的Group Based Policy項目 173
6.7 小結 174
第7章 ACI矩陣設計方法 177
7.1 ACI矩陣重要功能總結 178
ACI轉發行為 178
使用終端組劃分網段 185
管理門戶 186
7.2 硬件和軟件 189
7.3 物理拓撲結構 191
思科APIC設計考慮因素 192
主乾設計考慮因素 193
葉節點設計考慮因素 194
7.4 多租戶考慮因素 200
7.5 初始配置步驟 201
全自動配置 201
網絡管理 202
基於策略的訪問端口配置 205
接口策略組和PortChannel 209
虛擬機管理器(VMM)域 212
7.6 配置虛擬拓撲結構 215
網橋域 216
終端連接 217
外部連接 219
7.7 小結 220
第8章 在ACI實現嵌入式服務 221
8.1 包含4到7層服務的ACI設計概述 221
優勢 222
連接終端組與服務圖 222
對虛擬化服務器的擴展 223
管理模型 223
服務圖、功能和呈現 224
8.2 硬件和軟件支持 225
8.3 思科ACI對服務插入的模擬 226
服務圖定義 227
具體設備與邏輯設備 228
邏輯設備選擇器(或上下文) 228
拆分網橋域 228
8.4 配置步驟 229
服務圖的定義 230
具體設備和具體設備集群的定義 237
8.5 小結 242
第9章 高級遙測 243
9.1 原子計數器 243
原理 243
更多的解釋和示例 244
原子計數器和APIC 246
9.2 延遲測量指標 246
9.3 ACI健康監測 247
統計數據 248
故障 249
事件,日誌和診斷 253
健康評分 254
9.4 ACI的集中式Show Tech支持 255
9.5 小結 256
第10章 數據中心交換機架構 259
10.1 數據,控製和管理平麵 259
數據,控製和管理平麵隔離 259
控製,數據和管理平麵的交互 260
使用CoPP保護控製平麵 261
10.2 數據中心交換機架構 264
交叉開關交換矩陣架構 267
中央共享內存(SoC) 277
多級SoC 278
10.3 QoS基礎知識 280
數據中心QoS需求 280
數據中心QoS功能 285
Nexus QoS的實現:MQC模型 292
10.4 小結 294
總結 296
前言/序言
軟件定義網絡時代的數據中心構建藍圖:麵嚮未來的網絡架構與運營 在信息爆炸、業務敏捷化需求日益增長的今天,傳統數據中心網絡麵臨著前所未有的挑戰。僵化的網絡配置、繁瑣的手動操作、低下的資源利用率,以及難以應對快速變化的業務需求,都成為瞭製約企業數字化轉型速度的瓶頸。本書並非僅僅是一本技術手冊,它更像是一份為數據中心量身打造的“進化指南”,旨在引領讀者跨越技術鴻溝,擁抱軟件定義網絡(SDN)時代的核心理念與實踐,從而構建起麵嚮未來的、具備高度自動化、智能化和靈活性的數據中心網絡。 核心主旨: 本書的核心主旨在於深入剖析現代數據中心網絡架構的演進趨勢,聚焦於如何通過軟件定義、自動化和策略驅動的方式,徹底改變傳統網絡管理的模式,實現網絡的敏捷化、彈性化和高效化。我們不再討論具體的 vendor 産品細節,而是從更宏觀、更本質的層麵,去理解數據中心網絡的設計原則、關鍵技術以及它們如何協同工作,以滿足企業不斷變化的業務需求。本書的重點在於“為什麼”和“怎麼做”,幫助讀者建立起對新一代數據中心網絡體係的深刻理解,並能將其應用於實際的網絡規劃、設計和運維中。 內容綱要(但不限於): 第一部分:驅動未來:理解數據中心網絡轉型的根本原因 業務驅動與技術挑戰: 深入探討企業數字化轉型如何重塑業務需求,例如雲原生應用、大數據分析、人工智能/機器學習、物聯網等,以及這些新業務對數據中心網絡提齣的嚴苛要求,如低延遲、高帶寬、高可用性、安全性以及快速部署和擴展能力。 傳統網絡架構的局限性: 對傳統三層(核心-匯聚-接入)或兩層(核心-接入)網絡架構的限製進行細緻分析,包括其固有的復雜性、手動配置的低效率、故障排查的難度、以及對新服務和應用部署的遲滯響應。 軟件定義網絡(SDN)的革命性視角: 詳細闡述SDN的核心思想,即將網絡控製平麵與數據平麵分離,實現網絡的集中化管理和編程化控製。我們將探討SDN如何打破硬件的束縛,帶來前所未有的靈活性和可編程性,為數據中心網絡的現代化奠定理論基礎。 網絡功能虛擬化(NFV)的協同作用: 介紹NFV如何通過將網絡功能(如防火牆、負載均衡器)從專用硬件解耦,以軟件的形式運行在通用服務器上,進一步提升網絡的靈活性、彈性和成本效益。我們將分析SDN與NFV的有機結閤,如何共同驅動數據中心網絡的顛覆性變革。 第二部分:構建基石:麵嚮未來的數據中心網絡架構設計 Leaf-Spine(Spine-Leaf)架構的優勢與演進: 深入解析Leaf-Spine架構為何成為現代數據中心網絡的主流選擇。我們將詳細闡述其“全連接”的特性,如何實現任意節點間的等價多路徑(ECMP)路由,從而提供極高的東西嚮流量吞吐能力和極低的延遲。同時,我們將探討Leaf-Spine架構在擴展性、可靠性和易於管理性方麵的優勢,並分析其在不同規模數據中心的應用場景。 Overlay網絡技術:VXLAN的深入剖析: 詳細介紹VXLAN(Virtual Extensible LAN)作為一種廣泛應用的Overlay技術。我們將解析VXLAN的工作原理,如何通過隧道技術在底層物理網絡(Underlay)之上構建邏輯網絡,從而實現多租戶隔離、網絡虛擬化以及跨數據中心連接。本書將深入講解VXLAN的報文封裝、VTEP(VXLAN Tunnel Endpoint)的配置與功能,以及其在簡化網絡拓撲、提升網絡資源利用率方麵的關鍵作用。 Underlay網絡的設計與優化: 強調Underlay網絡作為Overlay網絡的堅實基礎的重要性。我們將討論Underlay網絡的設計原則,包括采用無狀態(Stateless)的IP路由協議(如BGP、OSPF)以支持Overlay的靈活性,以及如何優化Underlay網絡的性能,確保Overlay網絡的高效運行。 網絡自動化與編排的初步探索: 介紹網絡自動化和編排的核心概念,以及它們在數據中心網絡中的必要性。我們將初步探討如何通過API驅動的網絡管理,以及各種自動化工具和腳本的作用,為後續深入的運維自動化奠定基礎。 第三部分:驅動效能:策略驅動的網絡管理與自動化 策略(Policy)的定義與核心作用: 深度解讀“策略驅動”在現代數據中心網絡中的核心地位。我們將闡述策略是如何從業務需求齣發,轉化為網絡行為的藍圖。策略將涵蓋安全策略、流量工程策略、服務質量(QoS)策略、網絡訪問控製策略等多個維度。 意圖(Intent)驅動的網絡管理: 引入“意圖驅動”的概念,強調從“如何配置”轉嚮“期望什麼結果”。本書將探討如何通過定義業務意圖,讓網絡係統自主地推導齣並執行相應的配置,從而實現更高級彆的自動化和更少的錯誤。 基於API的網絡編程與控製: 詳細介紹通過應用程序接口(API)實現網絡設備的可編程控製。我們將探討RESTful API、Netconf等標準接口,以及如何利用編程語言(如Python)與網絡設備進行交互,實現自動化配置、監控和故障排除。 網絡自動化工具與框架的應用: 介紹當前主流的網絡自動化工具和框架,如Ansible、Terraform等,以及它們在數據中心網絡部署、配置管理、策略執行和監控方麵的實際應用。我們將展示如何利用這些工具實現基礎設施即代碼(Infrastructure as Code)的管理理念。 持續集成/持續部署(CI/CD)在網絡運維中的應用: 探討如何將CI/CD的理念引入網絡運維,實現網絡變更的自動化測試、驗證和部署,從而提高網絡變更的效率和可靠性,降低潛在風險。 第四部分:安全與可視:保障與洞察現代數據中心網絡 微隔離(Microsegmentation)的安全性優勢: 深入分析微隔離如何通過在虛擬機、容器或應用之間創建精細化的安全邊界,極大地提升數據中心的安全性。我們將探討微隔離的實現機製,以及它如何有效遏製橫嚮移動的威脅。 東西嚮流量的安全防護: 重點關注數據中心內部東西嚮流量的安全挑戰,以及如何通過策略驅動的安全機製,實現對內部流量的精細化管控和威脅檢測。 網絡可視性(Network Visibility)的重要性: 強調在高度動態和虛擬化的數據中心環境中,全麵準確的網絡可視性是故障排除、性能優化和安全審計的關鍵。 高級監控與分析技術: 介紹各種先進的網絡監控和分析技術,如流數據分析(NetFlow, sFlow)、數據包捕獲與分析、日誌管理和告警係統,以及如何利用這些技術來洞察網絡行為,預測潛在問題。 數據驅動的網絡優化: 探討如何利用收集到的網絡數據,進行深度分析,從而優化網絡性能、提升資源利用率,並為未來的網絡規劃提供決策依據。 第五部分:麵嚮未來的運營與管理 運維模式的轉變:從被動響應到主動預測: 討論從傳統的被動式故障響應模式,嚮主動式預測性維護模式的轉變,以及如何通過自動化和智能化的手段實現這一目標。 DevOps在網絡領域的應用(NetOps): 介紹DevOps理念如何在網絡運維中落地,強調開發與運維的協同,以及通過自動化和持續改進來提升網絡服務的交付效率和質量。 AIOps(人工智能運維)的潛力: 展望AIOps在數據中心網絡管理中的應用前景,探討如何利用機器學習和人工智能技術,實現更智能的故障預測、根因分析和自動化修復。 持續學習與演進: 強調在快速變化的技術環境中,持續學習和擁抱新技術的重要性,鼓勵讀者保持開放的心態,不斷探索和實踐新的網絡理念和技術。 本書目標讀者: 本書麵嚮所有希望深入理解和構建下一代數據中心網絡的IT專業人士,包括但不限於: 網絡架構師和設計師: 尋求設計更現代化、更靈活、更具擴展性的數據中心網絡。 網絡工程師和運維人員: 希望掌握軟件定義網絡、網絡自動化和策略驅動的管理技能,以應對日益復雜的網絡環境。 係統工程師和雲工程師: 希望更好地理解網絡在雲計算和分布式係統中的作用,並能夠協同進行網絡規劃和部署。 IT經理和決策者: 需要瞭解數據中心網絡發展的最新趨勢,以便做齣明智的技術投資和戰略規劃。 對現代網絡技術感興趣的學生和研究人員: 想要係統地學習軟件定義網絡和自動化網絡管理的前沿知識。 本書的獨特價值: 本書不拘泥於特定供應商的技術細節,而是從更廣泛、更普適的視角,深入剖析軟件定義數據中心網絡的核心理念、架構設計原則、關鍵技術以及運營管理方法。通過理論與實踐相結閤的方式,本書旨在幫助讀者建立起一套麵嚮未來的、具有前瞻性的數據中心網絡思維模式,從而能夠獨立地規劃、設計、部署和管理能夠滿足業務敏捷化和數字化轉型需求的網絡基礎設施。本書將帶領您踏上一場深刻的網絡革命之旅,讓您的數據中心網絡真正成為驅動業務增長的強大引擎。