【重识云原生】第四章网络第一节——云网络技术发展简述

江中散人_Jun

发布于 2022-05-11 20:06:42

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发布于 2022-05-11 20:06:42

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楔子

网络是由各种网络设备组成，在传统IT中，网络设备几乎都是物理设备，是可以真实看到的，大部分的流量是可控的，比如两个交换机上的主机需要通信，必须使用网线或者光纤将两个交换机连起来。

到了云计算中，除了传统的物理网络设备外，还有很多网络设备是虚拟化的，运行在服务器内部，打通虚拟网络设备的不再是真实的网线，有可能是转发表里的一条条目，所以管理员面对的是前所未有的挑战。

总的来说，云计算中数据的转发过程，虽然同物理网络上有些差异，但是在总体上还是大致相同。

1 计算机网络发展简述

随着1946年世界上第一台电子计算机问世后的十多年时间内，由于价格很昂贵，电脑数量极少。早期所谓的计算机网络主要是为了解决这一矛盾而产生的，其形式是将一台计算机经过通信线路与若干台终端直接连接，我们也可以把这种方式看做为最简单的局域网雏形。　　

最早的Internet，是由美国国防部高级研究计划局（ARPA）建立的。现代计算机网络的许多概念和方法，如分组交换技术都来自ARPAnet。 ARPAnet不仅进行了租用线互联的分组交换技术研究，而且做了无线、卫星网的分组交换技术研究-其结果导致了TCP/IP问世。1977-1979年，ARPAnet推出了目前形式的TCP/IP体系结构和协议。1980年前后ARPAnet上的所有计算机开始了TCP/IP协议的转换工作，并以ARPAnet为主干网建立了初期的Internet。1983年，ARPAnet的全部计算机完成了向TCP/IP的转换，并在UNIX（BSD4.1）上实现了TCP/IP协议。ARPAnet在技术上最大的贡献就是TCP/IP协议的开发和应用。两个著名的科学教育网CSNET和BITNET先后建立。1984年，美国国家科学基金会NSF规划建立了13个国家超级计算中心及国家教育科技网，随后替代了ARPANET的骨干地位。 1988年Internet开始对外开放。1991年6月，在连通Internet的计算机中，商业用户首次超过了学术界用户，这是Internet发展史上的一个里程碑，从此Internet成长速度一发不可收拾。

整体而言，计算机网络技术的发展可以粗分为如下几个阶段：

第一阶段：20世纪60年代早期的远程终端连接阶段

面向终端的计算机网络：主机是网络的中心和控制者，终端（键盘和显示器）分布在各处并与主机相连，用户通过本地的终端使用远程的主机。
只提供终端和主机之间的通信，子网之间无法通信。

第二阶段：20世纪60年代中期的局域网互联阶段

多个主机互联，实现计算机和计算机之间的通信。
包括：通信子网、用户资源子网。
终端用户可以访问本地主机和通信子网上所有主机的软硬件资源。
电路交换和分组交换。

第三阶段：广域互联阶段（广域网、Internet）

1981年国际标准化组织(ISO)制订：开放体系互联基本参考模型（OSI/RM），实现不同厂家生产的计算机之间实现互连。
TCP/IP协议在此时期诞生。

第四阶段：信息高速公路阶段（高速，多业务，大数据量）

宽带综合业务数字网：信息高速公路
ATM技术、ISDN、千兆以太网
交互性：网上电视点播、电视会议、可视电话、网上购物、网上银行、网络图书馆等高速、可视化。
当前的云计算时代即处于此阶段；

2 云网络能力演进简述

云计算时代，资源的虚拟化和资源调配的自动化，为用户提供了弹性的计算、存储和网络资源，进而支持快速和简捷的业务部署。作为互联互通的网络基础设施，如何实现网络的虚拟化，从而支持工作负载的快速变化和物理基础设施的调配，为工作负载提供端到端的网络资源响应,成为急需解的核心问题。

总体而言，企业采用 4 种不同的方式部署云资源：

公有云，它通过 Internet 共享资源并向公众提供服务；
私有云，它不进行共享且经由通常本地托管的私有内部网络提供服务；
混合云，它根据其目的在公有云和私有云之间共享服务；
社区云（或称行业云），它仅在组织之间（例如与政府机构）共享资源。

网络虚拟化的本质是要实现底层物理网络的抽象，能够在逻辑上对网络资源进行分片或者整合，从而满足各种应用对于网络的不同需求。而云网络，是以云为中心，面向应用和租户的虚拟化网络基础设施，具备按需、弹性、随处可获得、可计量的特征，也面向租户与应用的虚拟化，云网络可以把网络设备虚拟，并通过服务的方式提供给多个用户使用，同时又具有极致性能。

云网络产品能力目前主要经过了三次大的演进，从最初的经典云网络，到私有网络（Virtual Private Cloud），再到连接更大范围的云联网。云网络的发展也是数字化，全球化发展的一个缩影。

2.1 经典（基础）网络

在2006年，aws推出s3和ec2，提供云上服务器，在2010年，阿里云推出Classic经典网络对云计算用户提供支持。腾讯云类似的产品为基础网络。这些是云网络早期的产品，对云网络的主要需求是提供公网接入能力，云网络的特点是云上所有用户的公共网络资源池，所有云服务器的内网 IP 地址都由云厂商统一分配，无法自定义网段划分、IP 地址。

2.2 私有网络

在2011年，随着移动互联网发展，越来越多企业的应用上云，企业对云上网络安全隔离能力和互访能力、企业数据中心与云上网络互联，构建混合云的能力，以及在云上多地域部署业务后的多地域网络互联能力都提出了很多的需求，经典网络或者基础网络已经无法满足这些需求。aws支持云上VPC(私有网络，Virtual Private Cloud)，其中VPC是用户在云上建立的一块逻辑隔离的网络空间，在私有网络内，用户可以自由定义网段划分、IP 地址和路由策略。而后陆续推出nat网关，vpn网关，对等连接等云产品，极大丰富了云网络连接的能力。

阿里云VPC网络方案

2.3 云联网

近几年，随着全球化高速发展，大数据与AI应用风起云涌，企业的全球扩张，需要云网络提供更大更灵活的接入能力，催生了aws的Transit Gateway，阿里云的云企业和云连接网，腾讯云的云联网，来实现全球互联互通。同时SDWAN接入服务，包括硬件和软件方案也不断的推出和完善。

AWS Transit Gateway

阿里云云联网方案

腾讯云云联网方案

3 小结

从产品层面看，云网络经过经典网络，VPC网络，云联网，sdwan接入，云网络的范围得到了延展。从聚焦数据中心，到聚焦数据中心之间互联，进一步通过sdwan接入能力把企业的接入网进行了虚拟化。云网络产品不仅连接计算/存储，线下逐渐发展到连接企业的总部/分支与各种移动终端，企业可以在云上构建整个服务生态系统；

云网络从核心技术来看，是对网络编址和网络性能的优化。经典网络和VPC网络的在编址上，使用Overlay技术，就是将很多块数据一起打包，即在物理网络之上叠加了一个租户的虚拟层，从而一次将多块数据一起运到正确的地址，从而提高网络的效率。在网络性能上，通过重构网络设备形态持续提升数据转发性能，以虚拟交换机为例，服务器从10G升级到了25G，再到100G，经历了经典网络的Linux内核交换机，DPDK交换机，物理网卡交换机（智能网络，P4等）。