Tinklo virtualizacija: išsamus perdangos tinklų vadovas

Šiuolaikiniame dinamiškame IT pasaulyje tinklo virtualizacija tapo kritiškai svarbia technologija, didinančia lankstumą, mastelį ir efektyvumą. Tarp įvairių tinklo virtualizacijos metodų perdangos tinklai išsiskiria kaip galingas ir universalus sprendimas. Šiame išsamiame vadove gilinamasi į perdangos tinklų pasaulį, nagrinėjama jų architektūra, privalumai, panaudojimo atvejai, pagrindinės technologijos ir ateities tendencijos. Siekiame pateikti aiškų ir glaustą šios esminės koncepcijos supratimą IT specialistams visame pasaulyje.

Kas yra perdangos tinklai?

Perdangos tinklas – tai virtualus tinklas, sukurtas ant esamos fizinės tinklo infrastruktūros. Jis abstrahuoja pagrindinę fizinio tinklo topologiją, sukurdamas loginį tinklą, kurį galima pritaikyti pagal konkrečius programų ar verslo reikalavimus. Įsivaizduokite tai kaip greitkelių sistemos statybą ant jau esamų kelių – greitkeliai (perdangos tinklas) suteikia greitesnį ir efektyvesnį maršrutą tam tikro tipo srautui, o pagrindiniai keliai (fizinis tinklas) toliau veikia nepriklausomai.

Perdangos tinklai veikia OSI modelio 2-ajame (duomenų perdavimo) arba 3-iajame (tinklo) lygmenyje. Jie paprastai naudoja tuneliavimo protokolus, kad inkapsuliuotų ir transportuotų duomenų paketus per fizinį tinklą. Ši inkapsuliacija leidžia perdangos tinklams apeiti fizinio tinklo apribojimus, tokius kaip VLAN ribojimai, IP adresų konfliktai ar geografinės ribos.

Pagrindiniai perdangos tinklų privalumai

Perdangos tinklai siūlo platų privalumų spektrą, todėl jie yra vertingas įrankis šiuolaikinėse IT aplinkose:

• Didesnis lankstumas ir adaptyvumas: Perdangos tinklai leidžia greitai diegti ir keisti tinklo paslaugas, nereikalaujant fizinės infrastruktūros pakeitimų. Šis lankstumas yra labai svarbus dinamiškoms darbo apkrovoms ir besikeičiantiems verslo poreikiams palaikyti. Pavyzdžiui, tarptautinė el. prekybos įmonė gali greitai sukurti virtualius tinklus naujoms reklaminėms kampanijoms ar sezoniniams išpardavimams, nekonfigūruodama fizinio tinklo savo visame pasaulyje išdėstytuose duomenų centruose.
• Geresnis mastelio keitimas: Perdangos tinklus galima lengvai išplėsti, kad būtų galima prisitaikyti prie augančio tinklo srauto ir didėjančio vartotojų ar įrenginių skaičiaus. Debesijos paslaugų teikėjas gali pasinaudoti perdangos tinklais, kad sklandžiai išplėstų savo infrastruktūrą, siekdamas patenkinti staigų klientų paklausos augimą, netrikdydamas esamų paslaugų.
• Padidintas saugumas: Perdangos tinklai gali būti naudojami tinklo srautui izoliuoti ir segmentuoti, taip padidinant saugumą ir sumažinant pažeidimų riziką. Mikrosegmentacija – saugumo technika, kurią įgalina perdangos tinklai, leidžia smulkiai kontroliuoti srautą tarp virtualių mašinų ir programų. Finansų įstaiga gali naudoti perdangos tinklus, kad izoliuotų jautrius finansinius duomenis nuo kitų savo tinklo dalių, taip sumažindama galimo saugumo pažeidimo poveikį.
• Supaprastintas tinklo valdymas: Perdangos tinklus galima valdyti centralizuotai, taip supaprastinant tinklo operacijas ir sumažinant administracines išlaidas. Programiškai apibrėžtų tinklų (SDN) technologijos dažnai atlieka svarbų vaidmenį valdant perdangos tinklus. Pasaulinė gamybos įmonė gali naudoti centralizuotą SDN valdiklį savo perdangos tinklams valdyti keliose gamyklose ir biuruose, taip pagerindama efektyvumą ir sumažindama veiklos sąnaudas.
• Fizinio tinklo apribojimų įveikimas: Perdangos tinklai gali įveikti pagrindinio fizinio tinklo apribojimus, tokius kaip VLAN suvaržymai, IP adresų konfliktai ir geografinės ribos. Pasaulinė telekomunikacijų bendrovė gali naudoti perdangos tinklus, kad išplėstų savo tinklo paslaugas įvairiose šalyse ir regionuose, nepriklausomai nuo pagrindinės fizinės infrastruktūros.
• Kelių nuomininkų (angl. multi-tenancy) palaikymas: Perdangos tinklai palengvina kelių nuomininkų aptarnavimą, užtikrindami izoliaciją tarp skirtingų nuomininkų, besidalijančių ta pačia fizine infrastruktūra. Tai labai svarbu debesijos paslaugų teikėjams ir kitoms organizacijoms, kurioms reikia aptarnauti kelis klientus ar verslo padalinius. Valdomų paslaugų teikėjas gali naudoti perdangos tinklus, kad kiekvienam savo klientui suteiktų izoliuotus virtualius tinklus, užtikrindamas duomenų privatumą ir saugumą.

Dažniausi perdangos tinklų panaudojimo atvejai

Perdangos tinklai naudojami įvairiuose scenarijuose, įskaitant:

• Debesų kompiuterija: Perdangos tinklai yra pagrindinis debesijos infrastruktūros komponentas, leidžiantis kurti virtualius tinklus virtualioms mašinoms ir konteineriams. „Amazon Web Services“ (AWS), „Microsoft Azure“ ir „Google Cloud Platform“ (GCP) plačiai naudoja perdangos tinklus, kad teiktų tinklo virtualizacijos paslaugas savo klientams.
• Duomenų centro virtualizacija: Perdangos tinklai palengvina duomenų centrų tinklų virtualizaciją, suteikdami didesnį lankstumą ir efektyvumą. VMware NSX yra populiari duomenų centrų virtualizacijos platforma, kuri naudoja perdangos tinklus.
• Programiškai apibrėžti tinklai (SDN): Perdangos tinklai dažnai naudojami kartu su SDN, siekiant sukurti programuojamus ir automatizuotus tinklus. „OpenDaylight“ ir ONOS yra atvirojo kodo SDN valdikliai, palaikantys perdangos tinklų technologijas.
• Tinklo funkcijų virtualizacija (NFV): Perdangos tinklai gali būti naudojami virtualizuoti tinklo funkcijas, tokias kaip ugniasienės, apkrovos balansavimo įrenginiai ir maršrutizatoriai, leidžiant juos diegti kaip programinę įrangą standartinėje aparatinėje įrangoje. Tai sumažina aparatinės įrangos sąnaudas ir padidina lankstumą.
• Atsistatymas po nelaimingų atsitikimų: Perdangos tinklai gali būti naudojami kuriant virtualų tinklą, apimantį kelias fizines vietas, o tai leidžia greitai persijungti avarijos atveju. Organizacija gali naudoti perdangos tinklus, kad replikuotų savo kritines programas ir duomenis į antrinį duomenų centrą, užtikrindama verslo tęstinumą pirminio duomenų centro gedimo atveju.
• Plačios aprėpties tinklo (WAN) optimizavimas: Perdangos tinklai gali būti naudojami WAN našumui optimizuoti, teikiant srauto formavimą, glaudinimą ir kitus metodus. SD-WAN sprendimai dažnai naudoja perdangos tinklus, siekiant pagerinti WAN ryšį ir sumažinti išlaidas.

Pagrindinės perdangos tinklų technologijos

Keliios technologijos įgalina perdangos tinklų kūrimą ir veikimą:

• VXLAN (Virtual Extensible LAN): VXLAN yra plačiai naudojamas tuneliavimo protokolas, kuris inkapsuliuoja 2 lygio Ethernet kadrus į UDP paketus, skirtus transportuoti per 3 lygio IP tinklą. VXLAN įveikia tradicinių VLAN apribojimus, leisdamas sukurti daug didesnį virtualių tinklų skaičių (iki 16 milijonų). VXLAN dažniausiai naudojamas duomenų centrų virtualizacijos ir debesų kompiuterijos aplinkose.
• NVGRE (Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation): NVGRE yra kitas tuneliavimo protokolas, kuris inkapsuliuoja 2 lygio Ethernet kadrus į GRE paketus. NVGRE palaiko kelių nuomininkų aptarnavimą ir leidžia kurti virtualius tinklus, apimančius kelias fizines vietas. Nors VXLAN įgijo didesnį populiarumą, NVGRE išlieka perspektyvus pasirinkimas tam tikrose aplinkose.
• GENEVE (Generic Network Virtualization Encapsulation): GENEVE yra lankstesnis ir išplečiamas tuneliavimo protokolas, leidžiantis inkapsuliuoti įvairius tinklo protokolus, ne tik Ethernet. GENEVE palaiko kintamo ilgio antraštes ir leidžia įtraukti metaduomenis, todėl tinka įvairioms tinklo virtualizacijos programoms.
• STT (Stateless Transport Tunneling): STT yra tuneliavimo protokolas, kuris naudoja TCP transportui, užtikrindamas patikimą ir tvarkingą paketų pristatymą. STT dažnai naudojamas didelio našumo skaičiavimo aplinkose ir duomenų centruose, kur yra prieinamos TCP iškrovimo (angl. offload) galimybės.
• GRE (Generic Routing Encapsulation): Nors GRE nėra specialiai sukurtas tinklo virtualizacijai, jį galima naudoti paprastiems perdangos tinklams kurti. GRE inkapsuliuoja paketus į IP paketus, leisdamas juos transportuoti per IP tinklus. GRE yra gana paprastas ir plačiai palaikomas protokolas, tačiau jam trūksta kai kurių pažangių VXLAN, NVGRE ir GENEVE funkcijų.
• Open vSwitch (OVS): Open vSwitch yra programine įranga pagrįstas virtualus komutatorius, palaikantis įvairius perdangos tinklų protokolus, įskaitant VXLAN, NVGRE ir GENEVE. OVS dažniausiai naudojamas hipervizoriuose ir debesijos platformose, siekiant suteikti tinklo ryšį virtualioms mašinoms ir konteineriams.
• Programiškai apibrėžtų tinklų (SDN) valdikliai: SDN valdikliai, tokie kaip „OpenDaylight“ ir ONOS, suteikia centralizuotą perdangos tinklų valdymą ir kontrolę. Jie leidžia automatizuoti tinklo aprūpinimą, konfigūravimą ir stebėjimą.

Tinkamos perdangos tinklo technologijos pasirinkimas

Tinkamos perdangos tinklo technologijos pasirinkimas priklauso nuo įvairių veiksnių, įskaitant:

• Mastelio keitimo reikalavimai: Kiek virtualių tinklų ir galinių taškų reikia palaikyti? VXLAN paprastai siūlo geriausią mastelio keitimą dėl didelio VLAN skaičiaus palaikymo.
• Našumo reikalavimai: Kokie yra našumo reikalavimai programoms, veikiančioms perdangos tinkle? Atsižvelkite į tokius veiksnius kaip delsa, pralaidumas ir virpėjimas (angl. jitter). STT gali būti geras pasirinkimas didelio našumo aplinkoms su TCP iškrovimo galimybėmis.
• Saugumo reikalavimai: Kokie yra perdangos tinklo saugumo reikalavimai? Apsvarstykite šifravimo, autentifikavimo ir prieigos kontrolės mechanizmus.
• Sąveikos reikalavimai: Ar perdangos tinklas turi sąveikauti su esama tinklo infrastruktūra ar kitais perdangos tinklais? Užtikrinkite, kad pasirinkta technologija būtų suderinama su esama aplinka.
• Valdymo sudėtingumas: Kiek sudėtingas yra perdangos tinklo valdymas? Apsvarstykite aprūpinimo, konfigūravimo ir stebėjimo paprastumą. SDN valdikliai gali supaprastinti sudėtingų perdangos tinklų valdymą.
• Tiekėjo palaikymas: Koks tiekėjo palaikymo lygis yra prieinamas pasirinktai technologijai? Apsvarstykite dokumentacijos, mokymų ir techninės pagalbos prieinamumą.

Perdangos tinklų saugumo aspektai

Nors perdangos tinklai padidina saugumą per segmentavimą ir izoliaciją, labai svarbu atsižvelgti į galimas saugumo rizikas:

• Tuneliavimo protokolo saugumas: Užtikrinkite, kad perdangos tinklui naudojamas tuneliavimo protokolas būtų saugus ir apsaugotas nuo atakų, tokių kaip pasiklausymas ir „man-in-the-middle“ atakos. Apsvarstykite galimybę naudoti šifravimą, siekiant apsaugoti per tunelį perduodamų duomenų konfidencialumą.
• Valdymo plokštumos saugumas: Apsaugokite perdangos tinklo valdymo plokštumą, kad išvengtumėte neteisėtos prieigos ir tinklo konfigūracijų pakeitimų. Įdiekite stiprius autentifikavimo ir autorizavimo mechanizmus.
• Duomenų plokštumos saugumas: Įdiekite saugumo politikas duomenų plokštumos lygmeniu, kad kontroliuotumėte srautą tarp virtualių mašinų ir programų. Naudokite mikrosegmentaciją, kad apribotumėte ryšį tik su autorizuotais galiniais taškais.
• Matomumas ir stebėjimas: Užtikrinkite, kad turite pakankamą matomumą į srautą, tekantį per perdangos tinklą. Įdiekite stebėjimo įrankius, kad aptiktumėte saugumo grėsmes ir į jas reaguotumėte.
• Reguliarūs saugumo auditai: Atlikite reguliarius saugumo auditus, kad nustatytumėte ir pašalintumėte galimus perdangos tinklo pažeidžiamumus.

Perdangos tinklų ateitis

Tikimasi, kad perdangos tinklai ateityje atliks vis svarbesnį vaidmenį tinklų srityje. Keletas tendencijų formuoja perdangos tinklų evoliuciją:

• Integracija su debesijos prigimtinėmis technologijomis (angl. cloud-native): Perdangos tinklai vis labiau integruojami su debesijos prigimtinėmis technologijomis, tokiomis kaip konteineriai ir mikropaslaugos. Konteinerių tinklų sprendimai, tokie kaip „Kubernetes Network Policies“, dažnai naudoja perdangos tinklus, kad užtikrintų tinklo ryšį ir saugumą konteineriams.
• Automatizavimas ir orkestravimas: Automatizavimo ir orkestravimo įrankiai tampa būtini sudėtingiems perdangos tinklams valdyti. Šie įrankiai automatizuoja perdangos tinklų aprūpinimą, konfigūravimą ir stebėjimą, sumažindami rankinio darbo poreikį ir pagerindami efektyvumą.
• Dirbtiniu intelektu pagrįstas tinklo valdymas: Dirbtinis intelektas (DI) naudojamas perdangos tinklų valdymui pagerinti. DI pagrįsti įrankiai gali analizuoti tinklo srauto modelius, aptikti anomalijas ir optimizuoti tinklo našumą.
• Krašto kompiuterijos (angl. edge computing) palaikymas: Perdangos tinklai plečiami, kad palaikytų krašto kompiuterijos aplinkas. Tai leidžia kurti virtualius tinklus, kurie driekiasi nuo debesies iki krašto, užtikrinant mažos delsos prieigą prie programų ir duomenų.
• Platesnis eBPF pritaikymas: Išplėstas Berkeley paketų filtras (eBPF) yra galinga technologija, leidžianti dinamiškai instrumentuoti Linux branduolį. eBPF naudojamas perdangos tinklų našumui ir saugumui pagerinti, įgalinant paketų apdorojimą ir filtravimą branduolio lygmenyje.

Išvada

Perdangos tinklai yra galinga ir universali technologija, siūlanti daugybę privalumų šiuolaikinėms IT aplinkoms. Abstrahuodami pagrindinį fizinį tinklą, perdangos tinklai suteikia didesnį lankstumą, mastelį, saugumą ir supaprastintą valdymą. Toliau vystantis debesų kompiuterijai, duomenų centrų virtualizacijai ir SDN, perdangos tinklai atliks vis svarbesnį vaidmenį įgalinant šias technologijas. Perdangos tinklų pagrindų, prieinamų technologijų ir susijusių saugumo aspektų supratimas yra būtinas IT specialistams, siekiantiems kurti ir valdyti modernius, lanksčius ir keičiamo mastelio tinklus globalizuotame pasaulyje. Technologijoms tobulėjant, IT specialistams visame pasaulyje bus labai svarbu sekti besikeičiančias perdangos tinklų technologijų tendencijas ir jų poveikį įvairioms pramonės šakoms.