Tweet
Virtual Networking: Khi Switch, NIC và Firewall đều có thể trở thành phần mềm
Ngày nay, một hệ thống có thể vận hành hàng nghìn máy chủ, container và ứng dụng mà không cần chúng nằm cùng một switch hay thậm chí cùng một data center. Bí quyết nằm ở virtual networking – nền tảng của cloud computing, VMware, OpenStack, Kubernetes và hầu hết các hạ tầng hiện đại.
Muốn làm chủ SDN, VXLAN, EVPN hay SASE, trước hết cần hiểu những khái niệm cốt lõi của virtual networking. Virtual Network là gì?
Trong mạng vật lý (physical network), các máy tính được kết nối với nhau thông qua:
Dữ liệu được truyền qua các thiết bị phần cứng này để các máy có thể giao tiếp với nhau.
Trong virtual network, mọi thứ diễn ra theo cách hoàn toàn khác.
Thay vì kết nối các máy vật lý, ta kết nối các Virtual Machine (VM) đang chạy trên cùng hoặc nhiều máy chủ vật lý khác nhau. Các VM giao tiếp với nhau thông qua những thành phần mạng được tạo bằng phần mềm thay vì phần cứng.
Ví dụ, hai VM chạy trên cùng một máy chủ ESXi có thể trao đổi dữ liệu với nhau mà gói tin không cần đi ra switch vật lý. Toàn bộ quá trình chuyển tiếp được thực hiện bên trong hypervisor thông qua virtual switch.
Nhờ đó, các VM có thể được di chuyển giữa nhiều host hoặc data center mà vẫn giữ nguyên kết nối mạng và chính sách bảo mật.
Virtualization - "Con dao đa năng" của hạ tầng CNTT
Ngay từ năm 2012, Matthew Portnoy trong cuốn Virtualization Essentials đã dự đoán rằng cloud computing sẽ trở thành mô hình chủ đạo cho việc phát triển, triển khai và vận hành ứng dụng. Thực tế hiện nay đã chứng minh nhận định đó hoàn toàn chính xác.
Raghu Raghuram, CEO của VMware, cũng từng ví von:
Đây là một phép so sánh rất hay.
Đối với kỹ sư mạng, virtualization không chỉ giúp hợp nhất máy chủ mà còn mở ra rất nhiều khả năng như:
Virtualization mang lại sự linh hoạt mà hạ tầng vật lý rất khó đạt được.
vSwitch – Switch chạy bằng phần mềm
Virtual Switch (vSwitch) là switch được triển khai bằng phần mềm.
Nó có nhiệm vụ kết nối các VM giống như switch vật lý kết nối các máy tính.
Tuy nhiên, vSwitch không chỉ đơn thuần chuyển tiếp frame.
Nó còn có thể:
Ví dụ trên VMware ESXi:
Nhiều VM cùng kết nối vào một vSwitch.
Nếu VM1 gửi dữ liệu đến VM2, toàn bộ quá trình forwarding diễn ra ngay trong hypervisor mà không cần đi qua switch vật lý.
Điều này giúp giảm độ trễ và tăng hiệu năng đáng kể.
Ngoài ra, vSwitch còn có thể kết nối với NIC vật lý (uplink) để các VM giao tiếp với mạng bên ngoài.
Một số nền tảng còn hỗ trợ Distributed vSwitch, cho phép nhiều host cùng chia sẻ một hệ thống switch logic duy nhất, giúp việc quản trị tập trung và nhất quán hơn.
vNIC – Card mạng của máy ảo
Nếu máy vật lý có NIC (Network Interface Card) thì VM sẽ có vNIC (Virtual Network Interface Card).
vNIC chính là card mạng ảo được gán cho mỗi VM.
Mỗi vNIC sẽ:
Một VM hoàn toàn có thể có nhiều vNIC.
Ví dụ:
Cấu hình này rất phổ biến trên các VM đóng vai trò firewall, router hoặc máy chủ nhiều dịch vụ.
Network Function Virtualization (NFV)
Nếu vSwitch và vNIC là các thành phần mạng được ảo hóa, thì Network Function Virtualization (NFV) tiến thêm một bước: ảo hóa chính các thiết bị mạng.
Ý tưởng cốt lõi của NFV là thay thế các appliance phần cứng bằng phần mềm.
Thay vì triển khai:
ta có thể chạy chúng dưới dạng máy ảo.
Các dịch vụ thường được NFV ảo hóa gồm:
Ví dụ, thay vì mua một firewall phần cứng mới, doanh nghiệp chỉ cần triển khai Cisco ASAv, Cisco FTDv hoặc Palo Alto VM-Series trên hạ tầng VMware hoặc KVM là có ngay một firewall đầy đủ chức năng.
NFV tách phần mềm khỏi phần cứng
Một đặc điểm quan trọng của NFV là decoupling – tách chức năng mạng khỏi thiết bị chuyên dụng.
Trước đây:
Với NFV:
Điều này giúp doanh nghiệp triển khai dịch vụ nhanh hơn, giảm chi phí đầu tư phần cứng và dễ dàng mở rộng khi nhu cầu tăng cao.
Virtual Networking là nền tảng của Cloud
Ngày nay, gần như mọi nền tảng cloud đều dựa trên các khái niệm của virtual networking.
Ví dụ:
Mặc dù cách triển khai có thể khác nhau, tất cả đều dựa trên cùng một tư tưởng: chuyển các chức năng mạng từ phần cứng sang phần mềm để đạt được tính linh hoạt, tự động hóa và khả năng mở rộng cao hơn.
Góc nhìn CCNA/CCNP/CCIE
Nếu trước đây kỹ sư mạng chủ yếu làm việc với switch, router và firewall vật lý, thì trong các data center và môi trường cloud hiện đại, bạn sẽ thường xuyên gặp các thành phần như vSwitch, vNIC và NFV. Đây chính là những "viên gạch" nền tảng để xây dựng các công nghệ cao hơn như SDN, VXLAN/EVPN, NSX, Cisco ACI, SASE và Cloud Networking.
Hiểu rõ các khái niệm này sẽ giúp bạn dễ dàng tiếp cận kiến trúc mạng hiện đại, nơi hạ tầng không còn bị giới hạn bởi thiết bị vật lý mà được điều khiển linh hoạt bằng phần mềm.
Ngày nay, một hệ thống có thể vận hành hàng nghìn máy chủ, container và ứng dụng mà không cần chúng nằm cùng một switch hay thậm chí cùng một data center. Bí quyết nằm ở virtual networking – nền tảng của cloud computing, VMware, OpenStack, Kubernetes và hầu hết các hạ tầng hiện đại.
Muốn làm chủ SDN, VXLAN, EVPN hay SASE, trước hết cần hiểu những khái niệm cốt lõi của virtual networking. Virtual Network là gì?
Trong mạng vật lý (physical network), các máy tính được kết nối với nhau thông qua:
- Switch
- Router
- Cáp mạng
- Card mạng (NIC)
Dữ liệu được truyền qua các thiết bị phần cứng này để các máy có thể giao tiếp với nhau.
Trong virtual network, mọi thứ diễn ra theo cách hoàn toàn khác.
Thay vì kết nối các máy vật lý, ta kết nối các Virtual Machine (VM) đang chạy trên cùng hoặc nhiều máy chủ vật lý khác nhau. Các VM giao tiếp với nhau thông qua những thành phần mạng được tạo bằng phần mềm thay vì phần cứng.
Ví dụ, hai VM chạy trên cùng một máy chủ ESXi có thể trao đổi dữ liệu với nhau mà gói tin không cần đi ra switch vật lý. Toàn bộ quá trình chuyển tiếp được thực hiện bên trong hypervisor thông qua virtual switch.
Nhờ đó, các VM có thể được di chuyển giữa nhiều host hoặc data center mà vẫn giữ nguyên kết nối mạng và chính sách bảo mật.
Virtualization - "Con dao đa năng" của hạ tầng CNTT
Ngay từ năm 2012, Matthew Portnoy trong cuốn Virtualization Essentials đã dự đoán rằng cloud computing sẽ trở thành mô hình chủ đạo cho việc phát triển, triển khai và vận hành ứng dụng. Thực tế hiện nay đã chứng minh nhận định đó hoàn toàn chính xác.
Raghu Raghuram, CEO của VMware, cũng từng ví von:
"Server consolidation chỉ là ứng dụng phổ biến nhất của virtualization. Thực tế, virtualization giống như một chiếc dao đa năng Swiss Army Knife – có thể sử dụng trong rất nhiều tình huống khác nhau."
Đây là một phép so sánh rất hay.
Đối với kỹ sư mạng, virtualization không chỉ giúp hợp nhất máy chủ mà còn mở ra rất nhiều khả năng như:
- triển khai nhanh hệ thống mới
- mở rộng tài nguyên theo nhu cầu
- di chuyển workload không gián đoạn
- xây dựng cloud và hybrid cloud
- tự động hóa hạ tầng
Virtualization mang lại sự linh hoạt mà hạ tầng vật lý rất khó đạt được.
vSwitch – Switch chạy bằng phần mềm
Virtual Switch (vSwitch) là switch được triển khai bằng phần mềm.
Nó có nhiệm vụ kết nối các VM giống như switch vật lý kết nối các máy tính.
Tuy nhiên, vSwitch không chỉ đơn thuần chuyển tiếp frame.
Nó còn có thể:
- học địa chỉ MAC
- chuyển tiếp frame thông minh
- áp dụng VLAN
- thực hiện security policy
- hỗ trợ QoS
- giám sát lưu lượng
Ví dụ trên VMware ESXi:
Nhiều VM cùng kết nối vào một vSwitch.
Nếu VM1 gửi dữ liệu đến VM2, toàn bộ quá trình forwarding diễn ra ngay trong hypervisor mà không cần đi qua switch vật lý.
Điều này giúp giảm độ trễ và tăng hiệu năng đáng kể.
Ngoài ra, vSwitch còn có thể kết nối với NIC vật lý (uplink) để các VM giao tiếp với mạng bên ngoài.
Một số nền tảng còn hỗ trợ Distributed vSwitch, cho phép nhiều host cùng chia sẻ một hệ thống switch logic duy nhất, giúp việc quản trị tập trung và nhất quán hơn.
vNIC – Card mạng của máy ảo
Nếu máy vật lý có NIC (Network Interface Card) thì VM sẽ có vNIC (Virtual Network Interface Card).
vNIC chính là card mạng ảo được gán cho mỗi VM.
Mỗi vNIC sẽ:
- có địa chỉ MAC riêng
- có thể nhận IP riêng
- kết nối vào một virtual switch
- hoạt động tương tự NIC vật lý
Một VM hoàn toàn có thể có nhiều vNIC.
Ví dụ:
- vNIC1 kết nối mạng nội bộ
- vNIC2 kết nối DMZ
- vNIC3 kết nối mạng Backup
Cấu hình này rất phổ biến trên các VM đóng vai trò firewall, router hoặc máy chủ nhiều dịch vụ.
Network Function Virtualization (NFV)
Nếu vSwitch và vNIC là các thành phần mạng được ảo hóa, thì Network Function Virtualization (NFV) tiến thêm một bước: ảo hóa chính các thiết bị mạng.
Ý tưởng cốt lõi của NFV là thay thế các appliance phần cứng bằng phần mềm.
Thay vì triển khai:
- router vật lý
- firewall vật lý
- load balancer
- IDS/IPS
ta có thể chạy chúng dưới dạng máy ảo.
Các dịch vụ thường được NFV ảo hóa gồm:
- DNS
- NAT
- Firewall
- Proxy Cache
- IDS/IPS
- VPN Gateway
- Load Balancer
Ví dụ, thay vì mua một firewall phần cứng mới, doanh nghiệp chỉ cần triển khai Cisco ASAv, Cisco FTDv hoặc Palo Alto VM-Series trên hạ tầng VMware hoặc KVM là có ngay một firewall đầy đủ chức năng.
NFV tách phần mềm khỏi phần cứng
Một đặc điểm quan trọng của NFV là decoupling – tách chức năng mạng khỏi thiết bị chuyên dụng.
Trước đây:
- Firewall gắn liền với appliance firewall.
- Router gắn liền với router vật lý.
Với NFV:
- Firewall chỉ còn là phần mềm.
- Router chỉ còn là phần mềm.
- Các chức năng mạng có thể được khởi tạo, mở rộng hoặc xóa bỏ giống như một VM thông thường.
Điều này giúp doanh nghiệp triển khai dịch vụ nhanh hơn, giảm chi phí đầu tư phần cứng và dễ dàng mở rộng khi nhu cầu tăng cao.
Virtual Networking là nền tảng của Cloud
Ngày nay, gần như mọi nền tảng cloud đều dựa trên các khái niệm của virtual networking.
Ví dụ:
- VMware vSphere sử dụng vSwitch và Distributed vSwitch.
- Microsoft Hyper-V sử dụng Hyper-V Virtual Switch.
- OpenStack sử dụng Open vSwitch.
- Kubernetes sử dụng CNI để tạo mạng ảo cho container.
Mặc dù cách triển khai có thể khác nhau, tất cả đều dựa trên cùng một tư tưởng: chuyển các chức năng mạng từ phần cứng sang phần mềm để đạt được tính linh hoạt, tự động hóa và khả năng mở rộng cao hơn.
Góc nhìn CCNA/CCNP/CCIE
Nếu trước đây kỹ sư mạng chủ yếu làm việc với switch, router và firewall vật lý, thì trong các data center và môi trường cloud hiện đại, bạn sẽ thường xuyên gặp các thành phần như vSwitch, vNIC và NFV. Đây chính là những "viên gạch" nền tảng để xây dựng các công nghệ cao hơn như SDN, VXLAN/EVPN, NSX, Cisco ACI, SASE và Cloud Networking.
Hiểu rõ các khái niệm này sẽ giúp bạn dễ dàng tiếp cận kiến trúc mạng hiện đại, nơi hạ tầng không còn bị giới hạn bởi thiết bị vật lý mà được điều khiển linh hoạt bằng phần mềm.
Attached Files