Võrgu virtualiseerimine: ülevaatlik juhend ülekattevõrkude kohta

Tänapäeva dünaamilisel IT-maastikul on võrgu virtualiseerimine kujunenud kriitiliseks tehnoloogiaks, mis suurendab paindlikkust, skaleeritavust ja tõhusust. Erinevate võrgu virtualiseerimise tehnikate seas paistavad ülekattevõrgud silma kui võimas ja mitmekülgne lähenemine. See põhjalik juhend sukeldub ülekattevõrkude maailma, uurides nende arhitektuuri, eeliseid, kasutusjuhtumeid, alustehnoloogiaid ja tulevikutrende. Meie eesmärk on pakkuda selget ja lühikest arusaama sellest olulisest kontseptsioonist IT-spetsialistidele üle maailma.

Mis on ülekattevõrgud?

Ülekattevõrk on virtuaalne võrk, mis on ehitatud olemasoleva füüsilise võrguinfrastruktuuri peale. See abstraheerib aluseks olevat füüsilist võrgutopoloogiat, luues loogilise võrgu, mida saab kohandada vastavalt konkreetsetele rakenduse või äri nõuetele. Mõelge sellest kui kiirteede süsteemi ehitamisest olemasolevate teede peale – kiirteed (ülekattevõrk) pakuvad kiiremat ja tõhusamat marsruuti teatud tüüpi liikluse jaoks, samal ajal kui aluseks olevad teed (füüsiline võrk) jätkavad iseseisvat toimimist.

Ülekattevõrgud töötavad OSI mudeli 2. kihil (andmesidekiht) või 3. kihil (võrgukiht). Nad kasutavad tavaliselt tunneldamise protokolle, et kapseldada ja transportida andmepakette läbi füüsilise võrgu. See kapseldamine võimaldab ülekattevõrkudel mööda minna aluseks oleva füüsilise võrgu piirangutest, nagu VLAN-i piirangud, IP-aadresside konfliktid või geograafilised piirid.

Ülekattevõrkude peamised eelised

Ülekattevõrgud pakuvad laia valikut eeliseid, mis muudavad need väärtuslikuks tööriistaks kaasaegsetes IT-keskkondades:

• Suurem paindlikkus ja kohanemisvõime: Ülekattevõrgud võimaldavad võrguteenuste kiiret kasutuselevõttu ja muutmist ilma füüsilise infrastruktuuri muudatusi nõudmata. See paindlikkus on dünaamiliste töökoormuste ja arenevate ärivajaduste toetamiseks ülioluline. Näiteks saab rahvusvaheline e-kaubanduse ettevõte kiiresti luua virtuaalseid võrke uute sooduskampaaniate või hooajaliste müügiürituste jaoks, ilma et peaks oma globaalselt hajutatud andmekeskustes aluseks olevat füüsilist võrku ümber seadistama.
• Parem skaleeritavus: Ülekattevõrgud saavad hõlpsasti skaleeruda, et tulla toime kasvava võrguliikluse ning suureneva kasutajate või seadmete arvuga. Pilveteenuse pakkuja saab kasutada ülekattevõrke, et sujuvalt skaleerida oma infrastruktuuri klientide nõudluse järsu kasvu toetamiseks, ilma olemasolevaid teenuseid häirimata.
• Täiustatud turvalisus: Ülekattevõrke saab kasutada võrguliikluse eraldamiseks ja segmenteerimiseks, suurendades turvalisust ja vähendades rikkumiste riski. Mikrosegmentimine, ülekattevõrkude abil võimalikuks saav turvatehnika, võimaldab granulaarset kontrolli liiklusvoo üle virtuaalmasinate ja rakenduste vahel. Finantsasutus saab kasutada ülekattevõrke, et eraldada tundlikud finantsandmed oma võrgu teistest osadest, minimeerides võimaliku turvarikkumise mõju.
• Lihtsustatud võrguhaldus: Ülekattevõrke saab hallata tsentraalselt, mis lihtsustab võrgutoiminguid ja vähendab halduskoormust. Tarkvarapõhise võrgunduse (SDN) tehnoloogiad mängivad sageli ülekattevõrkude haldamisel olulist rolli. Globaalne tootmisettevõte saab kasutada tsentraliseeritud SDN-kontrollerit oma ülekattevõrkude haldamiseks mitmes tehases ja kontoris, parandades tõhusust ja vähendades tegevuskulusid.
• Füüsilise võrgu piirangute ületamine: Ülekattevõrgud võivad ületada aluseks oleva füüsilise võrgu piiranguid, nagu VLAN-i piirangud, IP-aadresside konfliktid ja geograafilised piirid. Globaalne telekommunikatsiooniettevõte saab kasutada ülekattevõrke, et laiendada oma võrguteenuseid erinevatesse riikidesse ja piirkondadesse, olenemata aluseks olevast füüsilisest infrastruktuurist.
• Mitme rentniku (multi-tenancy) tugi: Ülekattevõrgud hõlbustavad mitme rentniku toetamist, pakkudes isolatsiooni erinevate rentnike vahel, kes jagavad sama füüsilist infrastruktuuri. See on ülioluline pilveteenuse pakkujatele ja teistele organisatsioonidele, kes peavad toetama mitut klienti või äriüksust. Hallatavate teenuste pakkuja saab kasutada ülekattevõrke, et pakkuda igale oma kliendile eraldatud virtuaalseid võrke, tagades andmete privaatsuse ja turvalisuse.

Ülekattevõrkude levinumad kasutusjuhud

Ülekattevõrke kasutatakse mitmesugustes stsenaariumides, sealhulgas:

• Pilvandmetöötlus: Ülekattevõrgud on pilveinfrastruktuuri põhikomponent, mis võimaldab luua virtuaalseid võrke virtuaalmasinatele ja konteineritele. Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure ja Google Cloud Platform (GCP) toetuvad kõik suuresti ülekattevõrkudele, et pakkuda oma klientidele võrgu virtualiseerimise teenuseid.
• Andmekeskuse virtualiseerimine: Ülekattevõrgud hõlbustavad andmekeskuste võrkude virtualiseerimist, võimaldades suuremat paindlikkust ja tõhusust. VMware NSX on populaarne platvorm andmekeskuste virtualiseerimiseks, mis kasutab ülekattevõrke.
• Tarkvarapõhine võrgundus (SDN): Ülekattevõrke kasutatakse sageli koos SDN-iga programmeeritavate ja automatiseeritud võrkude loomiseks. OpenDaylight ja ONOS on avatud lähtekoodiga SDN-kontrollerid, mis toetavad ülekattevõrgu tehnoloogiaid.
• Võrgufunktsioonide virtualiseerimine (NFV): Ülekattevõrke saab kasutada võrgufunktsioonide, nagu tulemüürid, koormusjaoturid ja ruuterid, virtualiseerimiseks, võimaldades neid juurutada tarkvarana tavalisel riistvaral. See vähendab riistvarakulusid ja parandab paindlikkust.
• Katastroofitaaste: Ülekattevõrke saab kasutada virtuaalse võrgu loomiseks, mis hõlmab mitut füüsilist asukohta, võimaldades kiiret tõrkesiiret katastroofi korral. Organisatsioon saab kasutada ülekattevõrke oma kriitiliste rakenduste ja andmete replikeerimiseks teisejärgulisse andmekeskusesse, tagades äritegevuse järjepidevuse esmase andmekeskuse rikke korral.
• Laivõrgu (WAN) optimeerimine: Ülekattevõrke saab kasutada WAN-i jõudluse optimeerimiseks, pakkudes liikluse kujundamist, tihendamist ja muid tehnikaid. SD-WAN lahendused kasutavad sageli ülekattevõrke WAN-ühenduvuse parandamiseks ja kulude vähendamiseks.

Ülekattevõrkude taga olevad peamised tehnoloogiad

Mitmed tehnoloogiad võimaldavad ülekattevõrkude loomist ja toimimist:

• VXLAN (Virtual Extensible LAN): VXLAN on laialt levinud tunneldamise protokoll, mis kapseldab 2. kihi Etherneti raamid UDP-pakettidesse transportimiseks üle 3. kihi IP-võrgu. VXLAN ületab traditsiooniliste VLAN-ide piirangud, võimaldades palju suuremat arvu virtuaalseid võrke (kuni 16 miljonit). VXLAN-i kasutatakse tavaliselt andmekeskuste virtualiseerimise ja pilvandmetöötluse keskkondades.
• NVGRE (Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation): NVGRE on teine tunneldamise protokoll, mis kapseldab 2. kihi Etherneti raamid GRE-pakettidesse. NVGRE toetab mitme rentniku süsteeme ja võimaldab luua virtuaalseid võrke, mis ulatuvad üle mitme füüsilise asukoha. Kuigi VXLAN on saavutanud suurema populaarsuse, jääb NVGRE teatud keskkondades endiselt elujõuliseks valikuks.
• GENEVE (Generic Network Virtualization Encapsulation): GENEVE on paindlikum ja laiendatavam tunneldamise protokoll, mis võimaldab kapseldada erinevaid võrguprotokolle, mitte ainult Etherneti. GENEVE toetab muutuva pikkusega päiseid ja võimaldab lisada metaandmeid, mis muudab selle sobivaks paljude võrgu virtualiseerimise rakenduste jaoks.
• STT (Stateless Transport Tunneling): STT on tunneldamise protokoll, mis kasutab transpordiks TCP-d, pakkudes usaldusväärset ja järjestatud pakettide kohaletoimetamist. STT-d kasutatakse sageli suure jõudlusega andmetöötluskeskkondades ja andmekeskustes, kus on saadaval TCP mahalaadimise (TCP offload) võimalused.
• GRE (Generic Routing Encapsulation): Kuigi GRE ei ole spetsiaalselt võrgu virtualiseerimiseks loodud, saab seda kasutada lihtsate ülekattevõrkude loomiseks. GRE kapseldab paketid IP-pakettidesse, võimaldades neid transportida üle IP-võrkude. GRE on suhteliselt lihtne ja laialt toetatud protokoll, kuid sellel puuduvad mõned VXLAN-i, NVGRE ja GENEVE täiustatud funktsioonid.
• Open vSwitch (OVS): Open vSwitch on tarkvarapõhine virtuaalne lüliti, mis toetab erinevaid ülekattevõrgu protokolle, sealhulgas VXLAN-i, NVGRE-d ja GENEVE-d. OVS-i kasutatakse tavaliselt hüperviisorites ja pilveplatvormidel, et pakkuda võrguühendust virtuaalmasinatele ja konteineritele.
• Tarkvarapõhise võrgunduse (SDN) kontrollerid: SDN-kontrollerid, nagu OpenDaylight ja ONOS, pakuvad tsentraliseeritud kontrolli ja haldust ülekattevõrkude üle. Need võimaldavad automatiseerida võrgu varustamist, konfigureerimist ja jälgimist.

Õige ülekattevõrgu tehnoloogia valimine

Sobiva ülekattevõrgu tehnoloogia valik sõltub erinevatest teguritest, sealhulgas:

• Skaleeritavuse nõuded: Kui palju virtuaalseid võrke ja lõpp-punkte on vaja toetada? VXLAN pakub üldiselt parimat skaleeritavust tänu oma toele suurele hulgale VLAN-idele.
• Jõudlusnõuded: Millised on ülekattevõrgus töötavate rakenduste jõudlusnõuded? Arvestage selliste teguritega nagu latentsus, läbilaskevõime ja värin (jitter). STT võib olla hea valik suure jõudlusega keskkondadele, kus on olemas TCP mahalaadimise võimalused.
• Turvanõuded: Millised on ülekattevõrgu turvanõuded? Kaaluge krüpteerimist, autentimist ja juurdepääsukontrolli mehhanisme.
• Koostalitlusvõime nõuded: Kas ülekattevõrk peab koostööd tegema olemasoleva võrguinfrastruktuuri või teiste ülekattevõrkudega? Veenduge, et valitud tehnoloogia ühildub olemasoleva keskkonnaga.
• Halduse keerukus: Kui keeruline on ülekattevõrgu haldamine? Kaaluge varustamise, konfigureerimise ja jälgimise lihtsust. SDN-kontrollerid võivad keerukate ülekattevõrkude haldamist lihtsustada.
• Tarnija tugi: Millisel tasemel on valitud tehnoloogiale tarnija tugi saadaval? Kaaluge dokumentatsiooni, koolituse ja tehnilise toe kättesaadavust.

Ülekattevõrkude turvakaalutlused

Kuigi ülekattevõrgud suurendavad turvalisust segmenteerimise ja isoleerimise kaudu, on ülioluline tegeleda võimalike turvariskidega:

• Tunneldamise protokolli turvalisus: Veenduge, et ülekattevõrgu jaoks kasutatav tunneldamise protokoll on turvaline ja kaitstud rünnakute, näiteks pealtkuulamise ja "mees keskel" (man-in-the-middle) rünnakute eest. Kaaluge krüpteerimise kasutamist tunnelis edastatavate andmete konfidentsiaalsuse kaitsmiseks.
• Juhttasandi turvalisus: Turvake ülekattevõrgu juhttasand, et vältida volitamata juurdepääsu ja võrgukonfiguratsioonide muutmist. Rakendage tugevaid autentimis- ja autoriseerimismehhanisme.
• Andmetasandi turvalisus: Rakendage turvapoliitikaid andmetasandi tasemel, et kontrollida liiklusvoogu virtuaalmasinate ja rakenduste vahel. Kasutage mikrosegmentimist, et piirata suhtlust ainult volitatud lõpp-punktidega.
• Nähtavus ja jälgimine: Veenduge, et teil on piisav nähtavus ülekattevõrgus voolava liikluse kohta. Rakendage jälgimisvahendeid turvaohtude avastamiseks ja neile reageerimiseks.
• Regulaarsed turvaauditid: Viige läbi regulaarseid turvaauditeid, et tuvastada ja lahendada võimalikke haavatavusi ülekattevõrgus.

Ülekattevõrkude tulevik

Eeldatakse, et ülekattevõrgud mängivad tuleviku võrgunduses üha olulisemat rolli. Mitmed suundumused kujundavad ülekattevõrkude arengut:

• Integratsioon pilvepõhiste (cloud-native) tehnoloogiatega: Ülekattevõrgud integreeruvad üha enam pilvepõhiste tehnoloogiatega, nagu konteinerid ja mikroteenused. Konteinerivõrgu lahendused, näiteks Kubernetes Network Policies, kasutavad sageli ülekattevõrke, et pakkuda konteineritele võrguühendust ja turvalisust.
• Automatiseerimine ja orkestreerimine: Automatiseerimis- ja orkestreerimisvahendid on muutumas oluliseks keerukate ülekattevõrkude haldamisel. Need tööriistad automatiseerivad ülekattevõrkude varustamist, konfigureerimist ja jälgimist, vähendades käsitsitööd ja parandades tõhusust.
• Tehisintellektipõhine võrguhaldus: Tehisintellekti (AI) kasutatakse ülekattevõrkude haldamise täiustamiseks. Tehisintellektipõhised tööriistad saavad analüüsida võrguliikluse mustreid, tuvastada anomaaliaid ja optimeerida võrgu jõudlust.
• Äärevõrgu (edge computing) tugi: Ülekattevõrke laiendatakse, et toetada äärevõrgu keskkondi. See võimaldab luua virtuaalseid võrke, mis ulatuvad pilvest servani, võimaldades madala latentsusega juurdepääsu rakendustele ja andmetele.
• eBPF-i laialdasem kasutuselevõtt: Extended Berkeley Packet Filter (eBPF) on võimas tehnoloogia, mis võimaldab Linuxi kerneli dünaamilist instrumenteerimist. eBPF-i kasutatakse ülekattevõrkude jõudluse ja turvalisuse parandamiseks, võimaldades kernelisisest pakettide töötlemist ja filtreerimist.

Kokkuvõte

Ülekattevõrgud on võimas ja mitmekülgne tehnoloogia, mis pakub tänapäevastele IT-keskkondadele arvukalt eeliseid. Abstrakteerides aluseks olevat füüsilist võrku, võimaldavad ülekattevõrgud suuremat paindlikkust, skaleeritavust, turvalisust ja lihtsustatud haldust. Kuna pilvandmetöötlus, andmekeskuste virtualiseerimine ja SDN arenevad edasi, mängivad ülekattevõrgud nende tehnoloogiate võimaldamisel üha kriitilisemat rolli. Ülekattevõrkude põhitõdede, saadaolevate tehnoloogiate ja nendega seotud turvakaalutluste mõistmine on hädavajalik IT-spetsialistidele, kes soovivad ehitada ja hallata kaasaegseid, paindlikke ja skaleeritavaid võrke globaliseerunud maailmas. Tehnoloogia arenedes on ülekattevõrgu tehnoloogiate arenevate suundumuste ja nende mõjuga erinevatele tööstusharudele kursis püsimine jätkuvalt esmatähtis IT-spetsialistidele kogu maailmas.