Cách thức hoạt động của ảo hóa mạng

Ảo hóa mạng hoạt động bằng cách trừu tượng hóa và cô lập các ứng dụng và dịch vụ mạng khỏi các thiết bị phần cứng và cơ sở hạ tầng mạng vật lý.

Khái niệm chung về ảo hóa là trừu tượng hóa phần cứng thông qua điều khiển phần mềm. Máy chủ đã sử dụng các Máy ảo (VMs) trong nhiều thập kỷ, cho phép công cụ phần mềm triển khai và quản lý phần cứng tính toán. Việc chuyển sang ảo hóa mạng chia sẻ nguyên tắc cơ bản này bằng cách sử dụng một khung vi mô của phần mềm ảo hóa để trừu tượng hóa các dịch vụ và tài nguyên mạng.

Ảo hóa mạng cung cấp sự điều khiển phần mềm trên môi trường mạng, cho phép quản trị viên mạng cấu hình và quản lý tài nguyên và dịch vụ mạng mà không cần tiếp xúc trực tiếp với phần cứng mạng vật lý. Bằng cách sử dụng ảo hóa mạng để tách rời phần cứng mạng khỏi mạng logic và lưu lượng mạng chạy qua nó, quản trị viên có thể nhanh chóng thực hiện một loạt các nhiệm vụ mạng và quản lý các hoạt động mạng mà trong trường hợp khác sẽ yêu cầu việc cấu hình lại thủ công tốn thời gian và dễ gây lỗi.

Ảo hóa mạng cho phép các tình huống sau:

• Hai hoặc nhiều mạng vật lý có thể được kết hợp thành một mạng ảo duy nhất.
• Một mạng vật lý có thể được cấu hình thành các mạng ảo độc lập riêng biệt.
• VMs có thể kết nối hoặc di chuyển qua các miền mạng mà không cần cấu hình lại mạng.

Ảo hóa mạng xảy ra giữa các điểm cuối máy chủ được gọi là ảo hóa mạng ngoại vi. Tuy nhiên, các VM tồn tại trên một máy chủ cụ thể có thể giao tiếp trên máy chủ bằng cách sử dụng mạng mô phỏng bên trong máy chủ, được gọi là ảo hóa mạng nội bộ.

Cách ảo hóa mạng hoạt động

Yếu tố trung tâm của ảo hóa mạng là hypervisor mạng. Hypervisor cung cấp lớp trừu tượng cần thiết cùng với khả năng giám sát và quản lý. Quản trị viên có thể sử dụng các khả năng này để tạo, triển khai và quản lý các mạng ảo thông qua phần mềm. Do phần mềm điều khiển hành vi của ảo hóa mạng, quản trị viên có thể thực hiện các hoạt động thủ công, hoặc một chương trình có thể thực hiện chúng bằng cách sử dụng cơ chế điều phối và tự động hóa, cho phép tạo và điều khiển các mạng ảo một cách tự động.

Lớp ảo hóa mạng xác định tất cả các yếu tố phần cứng mạng vật lý bên dưới, bao gồm các switch, router, tường lửa, cân bằng tải và mạng riêng ảo (VPN). Ảo hóa mạng sau đó tạo ra các phiên bản ảo, hoặc logic, của các yếu tố đó, có khả năng gom nhóm, triển khai và kết hợp bất kỳ yếu tố nào để tạo ra một mạng logic. Phần cứng cơ bản vẫn tiếp tục cung cấp một nền tảng chuyển gói dựa trên giao thức IP.

Lớp ảo hóa mạng xử lý tất cả các dịch vụ mạng và an ninh. Các dịch vụ này có thể dễ dàng được gán cho các khối công việc cá nhân, chẳng hạn như các container hoặc VM. Các chính sách mạng và an ninh có thể được định nghĩa cho mỗi khối công việc.

Ảo hóa mạng hỗ trợ tính linh hoạt và thông minh cao

Ví dụ, nếu quản trị viên di chuyển một khối công việc từ một máy chủ này sang máy chủ khác, ảo hóa mạng cho phép tất cả các dịch vụ mạng và chính sách an ninh liên quan đến khối công việc di chuyển sang máy chủ mới. Tương tự, khi triển khai các khối công việc mới – tức là thêm các phiên bản mới – để mở rộng một ứng dụng, các dịch vụ mạng và chính sách an ninh sẽ tự động được áp dụng. Loại hành vi này giúp tiết kiệm thời gian, giảm lỗi và phù hợp với các loại tự động hóa cần thiết cho trung tâm dữ liệu và hoạt động đám mây có định hình phần mềm.

Điều Gì làm cho ảo hóa mạng trở nên phổ biến?

Nguyên tắc chính đằng sau công nghệ ảo hóa mạng là tầm quan trọng của thời gian.

Mạng truyền thống cài đặt, kết nối và cấu hình thiết bị vào một cơ sở hạ tầng cố định. Phương pháp truyền thống này hoạt động, nhưng thiếu tính linh hoạt và khả năng quan sát cần thiết. Triển khai ứng dụng mới, nhu cầu kinh doanh thay đổi và sửa chữa hàng ngày – chẳng hạn như xác định các lỗ hổng bảo mật mạng đơn giản – có thể đòi hỏi tuần làm việc để thực hiện công việc chi tiết và kiểm tra ở cấp phần cứng. Về khía cạnh quan sát, việc giám sát hiệu suất hoặc hành vi của các mạng tĩnh truyền thống có thể khó khăn mà không có các công cụ giám sát mạng bổ sung.

Việc ảo hóa mạng thay đổi tất cả những điều này.

Với ảo hóa mạng, việc triển khai, cấu hình và quản lý mạng được thực hiện thông qua phần mềm. Các khối công việc mạng và dịch vụ có thể được triển khai nhanh chóng, di chuyển và mở rộng một cách linh hoạt. Ngoài ra, ảo hóa mạng cung cấp khả năng quan sát và giám sát toàn diện, cho phép quản trị viên theo dõi và phân tích mạng theo cách chi tiết nhất. Các công cụ quản lý mạng phần mềm cung cấp tất cả các công cụ cần thiết để quản lý, giám sát và bảo mật các mạng ảo một cách hiệu quả.

Sự phổ biến của ảo hóa mạng cũng bắt nguồn từ các lợi ích rõ ràng mà nó mang lại. Một số lợi ích chính bao gồm:

Linh hoạt

Ảo hóa mạng cho phép triển khai, di chuyển và mở rộng các dịch vụ mạng một cách nhanh chóng và linh hoạt. Quản trị viên có thể thay đổi cấu hình và quản lý mạng từ một giao diện điều khiển trung tâm, giúp tiết kiệm thời gian và công sức.

Tiết kiệm chi phí

Ảo hóa mạng cho phép tận dụng tối đa tài nguyên mạng hiện có. Bằng cách chia sẻ và tối ưu hóa tài nguyên, ảo hóa mạng giúp giảm thiểu các yêu cầu về phần cứng và tiết kiệm chi phí vận hành mạng.

Quản lý và bảo mật tập trung

Với ảo hóa mạng, quản trị viên có thể quản lý toàn bộ mạng từ một điểm trung tâm. Điều này giúp tăng tính linh hoạt, hiệu quả và an ninh trong việc quản lý mạng.

Tích hợp và tự động hóa

Ảo hóa mạng cho phép tích hợp dịch vụ và tự động hóa các quy trình mạng. Các dịch vụ mạng có thể được triển khai và quản lý tự động, giảm thiểu sự can thiệp thủ công và tiềm năng lỗi.

Mở rộng và định hình phần mềm

Ảo hóa mạng cung cấp một nền tảng linh hoạt và định hình phần mềm cho mạng. Quản trị viên có thể mở rộng và điều chỉnh mạng một cách dễ dàng theo nhu cầu kinh doanh và yêu cầu ứng dụng.

Với những lợi ích này, ảo hóa mạng đã trở thành một công nghệ quan trọng trong các môi trường mạng hiện đại, như trung tâm dữ liệu, mạng LAN và mạng WAN, giúp tối ưu hóa hiệu suất và linh hoạt trong việc triển khai và quản lý mạng.

Phần cứng và phần mềm ảo hóa mạng

Ảo hóa mạng hoạt động bằng cách sử dụng các nền tảng phần mềm như sau:

• Cisco Enterprise
• Network Functions Virtualization (NFV)
• Hyper-V Network Virtualization (HNV)
• OpenStack oVirt

một nền tảng mã nguồn mở VMware NSX Các quản trị mạng triển khai một nền tảng ảo hóa đã được kiểm chứng để hỗ trợ việc ảo hóa và cách ly lưu lượng mạng giữa các máy chủ kết nối qua mạng vật lý. Do đó, quản trị viên thường triển khai phần mềm ảo hóa mạng trên mỗi máy chủ trung tâm dữ liệu.

Ví dụ, hãy xem xét năm thành phần chính của ảo hóa mạng liên quan đến Microsoft Windows Server:

Windows Azure Pack for Windows Server cung cấp một cổng thông tin để tạo và quản lý các mạng ảo. Virtual Machine Manager cung cấp quản lý tập trung cho mạng ảo. Microsoft Network Controller cung cấp tự động hóa quản lý, cấu hình, giám sát và khắc phục sự cố của mạng ảo. HNV cung cấp cơ chế cần thiết để ảo hóa lưu lượng mạng. Các cổng HNV hình thành các kết nối giữa các mạng ảo và vật lý. Quan trọng để kiểm tra triển khai ảo hóa mạng và xem xét tính tương thích phần cứng mạng trước khi cam kết với bất kỳ nền tảng ảo hóa mạng nào.

Do đó, thông thường không cần thay thế phần cứng mạng – chẳng hạn như bộ điều hợp mạng, switch và router – bằng phần cứng ảo hóa mạng đặc thù khác vì hầu hết các thiết bị mạng hiện tại hỗ trợ khả năng OSI Layer 2 và Layer 3 cần thiết để xử lý môi trường ảo hóa.

Công cụ quản lý ảo hóa mạng

Các nền tảng ảo hóa mạng thông thường bao gồm một số cơ chế quản lý và giám sát mạng. Tổ chức có thể lựa chọn triển khai các công cụ bổ sung được thiết kế để giảm thời gian, tăng cường tự động hóa, cải thiện bảo mật qua chính sách và quy tắc, hỗ trợ mở rộng, tăng cường khả năng quan sát và báo cáo, cải thiện triển khai ứng dụng và nhiều hơn nữa.

Các công cụ ảo hóa mạng chính bao gồm:

• Affirmed Networks’ Virtual Evolved Packet Core
• Cisco Application Centric Infrastructure
• Cisco Elastic Services Controller
• ECI’s Mercury Network Function Virtualization
• Gigamon GigaVue-VM
• SolarWinds Virtualization Manager

Ưu và nhược điểm của ảo hóa mạng

Ảo hóa mạng có thể là một công nghệ phức tạp để hiểu và triển khai, vì vậy người muốn áp dụng nên xem xét các sự đánh đổi liên quan.

Lợi ích của ảo hóa mạng

Các lợi ích của ảo hóa mạng bao gồm:

• Giảm thời gian triển khai và cấu hình mạng, đôi khi chỉ mất từ vài tuần đến vài phút;
• Khả năng mở rộng mạng hoặc triển khai dịch vụ nhanh chóng;
• Khả năng triển khai và vận hành tải công việc trong mạng ảo mà không cần quan tâm đến cấu trúc vật lý bên dưới;
• Cải thiện hiệu suất vận hành thông qua tự động hóa và điều phối
• Nâng cao bảo mật mạng trong trung tâm dữ liệu và toàn bộ doanh nghiệp

Thách thức của ảo hóa mạng

Mặc dù lợi ích của ảo hóa mạng có thể hấp dẫn, nhưng các nhà lãnh đạo công nghệ thông tin và doanh nghiệp nên đánh giá các nhược điểm tiềm năng trước khi áp dụng ảo hóa mạng. Những nhược điểm này có thể bao gồm:

• Có thể không thể ảo hóa mọi yếu tố trong mạng, dẫn đến việc để một số thiết bị hoạt động mà không được ảo hóa và quản lý bởi nền tảng ảo hóa mạng.
• Công cụ không đảm bảo thành công của việc ảo hóa, và doanh nghiệp có thể cần điều chỉnh các chính sách và quy trình để hoàn toàn điều chỉnh tất cả các phần của cơ sở hạ tầng ảo.
• Thiết bị mạng được xử lý như các dịch vụ, do đó dễ dẫn đến việc bỏ qua tải lưu lượng và quá tải một số thiết bị mạng mà không có khả năng giám sát và quản lý tải lưu lượng mạng.
• Lỗi vật lý có thể có những hậu quả không thể dự đoán đối với các mạng ảo, đôi khi dẫn đến sự cố lan truyền trên toàn bộ mạng ảo.
• Giống như các máy ảo (VMs), việc tạo ra mạng ảo có thể dễ dẫn đến sự lan rộng không kiểm soát của các tài nguyên ảo được cung cấp mà không sử dụng. Giám sát định kỳ và báo cáo quản lý là cần thiết để giám sát việc sử dụng tài nguyên và khôi phục tài nguyên.

Các trường hợp sử dụng ảo hóa mạng

Các doanh nghiệp ứng dụng ảo hóa mạng cho nhiều mục đích khác nhau. Một số trường hợp sử dụng phổ biến của ảo hóa mạng trong doanh nghiệp bao gồm:

Tính linh hoạt và hiệu quả

Ảo hóa mạng thay đổi bản chất của cấu hình, triển khai và quản lý mạng. Các cấu hình thiết bị truyền thống tốn thời gian, thủ công và tập trung vào phần cứng thực tế, nhưng với ảo hóa mạng, việc này trở thành việc cài đặt chúng trong nền tảng ảo hóa mạng. Kết quả là, quản trị viên có thể thực hiện các nhiệm vụ mạng nhanh hơn, mang lại khả năng linh hoạt tiềm năng để phản ứng nhanh chóng với yêu cầu kinh doanh thay đổi, chẳng hạn như mở rộng ứng dụng hoặc điều chỉnh quy tắc bảo mật.

Edge computing

Khi nhiều tính toán và lưu trữ được phân tán đến các môi trường edge, nhu cầu cấu hình và quản lý các mạng tương ứng tăng lên. Ảo hóa mạng cho phép triển khai và quản lý mạng và dịch vụ tại các điểm xa.

Ảo hóa mạng cũng hỗ trợ việc kết hợp nhiều mạng vật lý khác nhau – chẳng hạn như các mạng LAN nhỏ tại các điểm rìa xa – thành một mạng logic có thể quản lý. Kết quả là, quản trị viên có thể quản lý và tuỳ chỉnh cấu hình mạng trên các điểm rìa từ một điểm trung tâm.

Khả năng phục hồi sau sự cố

Ảo hóa mạng cung cấp khả năng phục hồi sau sự cố tốt hơn bằng cách cho phép tự động chuyển hướng lưu lượng mạng khi một phần cứng hoặc phần mềm mạng gặp sự cố. Khi một phần mạng gặp vấn đề, các máy ảo có thể được chuyển đến các nút hoặc thiết bị mạng khác tự động để tiếp tục hoạt động mà không gây gián đoạn dịch vụ.

Kết Luận

Ảo hóa mạng là một công nghệ mạnh mẽ có thể mang lại nhiều lợi ích cho doanh nghiệp, bao gồm linh hoạt, hiệu quả, khả năng mở rộng và phục hồi sau sự cố. Tuy nhiên, cần đánh giá kỹ các yếu tố và nhược điểm để đảm bảo việc triển khai và quản lý mạng ảo một cách thành công.