المحوّلات والشبكات الافتراضية

عندما توجد عدة أجهزة افتراضية على خادم فعلي واحد، فإنها تظل بحاجة إلى التواصل مع بعضها ومع العالم الخارجي. يُعد المحوّل الافتراضي (vSwitch) برنامجًا داخل برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية، ويؤدي وظيفة المحوّل الفعلي ولكن للأجهزة الافتراضية.

وهو يمرّر إطارات Ethernet بين الأجهزة الافتراضية، ثم يمرّرها إلى الخارج عبر بطاقات الشبكة الفعلية للمضيف، وبذلك تصل الشبكة إلى داخل الخادم نفسه.

يُمنح كل جهاز افتراضي بطاقة واحدة أو أكثر من بطاقات NIC الافتراضية (بطاقات واجهة الشبكة الافتراضية). وبالنسبة إلى نظام التشغيل الضيف، تبدو vNIC تمامًا كمحوّل Ethernet حقيقي له عنوان MAC خاص به (عنوان عتاد التحكم في الوصول إلى الوسائط).

تتصل vNIC بمنفذ على المحوّل الافتراضي. ومن هناك يقرر برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية ما إذا كانت حركة المرور ستبقى داخل المضيف أو ستخرج إلى شبكة LAN الفعلية.

يعمل المحوّل الافتراضي مثل نظيره الفعلي؛ إذ يتعلّم عنوان MAC الموجود على كل منفذ افتراضي، ويمرّر الإطارات فقط إلى الوجهة الصحيحة. ولا تمر حركة المرور بين جهازين افتراضيين على المضيف نفسه عبر كابل فعلي، ولذلك تكون سريعة للغاية.

عندما يحتاج جهاز افتراضي إلى الوصول إلى مضيف آخر أو إلى الإنترنت، يرسل vSwitch الإطار عبر وصلة الصعود، أي محوّل الشبكة الحقيقي للمضيف.

إن وصلة الصعود هي بطاقة NIC الفعلية في المضيف التي تصل المحوّل الافتراضي بالشبكة الحقيقية. ويمكنكم ربط عدة بطاقات NIC فعلية بمحوّل vSwitch واحد للحصول على نطاق ترددي أكبر وتكرار احتياطي، وتُسمى هذه التقنية تجميع بطاقات NIC أو تجميع الوصلات.

إذا تعطّل كابل إحدى وصلات الصعود، تُبقي الوصلات الأخرى الأجهزة الافتراضية متصلة بالإنترنت. ومن دون وصلة صعود، يصبح vSwitch معزولًا ولا تتمكن الأجهزة الافتراضية من التواصل إلا فيما بينها.

تدعم المحوّلات الافتراضية شبكات VLAN (الشبكات المحلية الافتراضية) مثل المحوّلات المادية تمامًا. ويمكنكم وضع الأجهزة الافتراضية في شبكات VLAN منفصلة، بحيث تُعزل، على سبيل المثال، خوادم الويب عن خوادم قواعد البيانات حتى على المضيف نفسه.

يضع vSwitch علامات على الإطارات باستخدام معرّفات VLAN، ويمرّرها عبر وصلة صعود جذعية إلى الشبكة الفعلية، مما يحافظ على اتساق التقسيم من العالم الافتراضي إلى العالم الفعلي.

توفر برامج مراقبة الأجهزة الافتراضية عدة أوضاع لاتصال vSwitch:

• خارجي: مرتبط ببطاقة NIC فعلية، مما يتيح للأجهزة الافتراضية الوصول إلى شبكة LAN والإنترنت.
• داخلي: تتواصل الأجهزة الافتراضية مع بعضها ومع المضيف، ولكنها لا تصل إلى الشبكة الخارجية.
• خاص: تتواصل الأجهزة الافتراضية مع بعضها فقط، وتكون معزولة تمامًا حتى عن المضيف.

ويحدد اختيار الوضع المناسب بالضبط المسافة التي يمكن أن تقطعها حركة مرور الجهاز الافتراضي.

توفر كثير من برامج مراقبة الأجهزة الافتراضية المكتبية وضع NAT (ترجمة عناوين الشبكة). توجد الأجهزة الافتراضية على شبكة افتراضية خاصة، وتتشارك عنوان IP الواحد الخاص بالمضيف للوصول إلى الإنترنت، تمامًا كما تتشارك الأجهزة المنزلية عنوانًا عامًا واحدًا.

يُعد NAT مناسبًا للمختبرات؛ لأن الأجهزة الافتراضية تحصل على وصول إلى الإنترنت من دون الحاجة إلى عنوان خاص بها على شبكة LAN الحقيقية، لكن الاتصالات الواردة تتطلب إعادة توجيه المنافذ.

في مراكز البيانات الكبيرة، يمتد المحوّل الافتراضي الموزع عبر عدة مضيفين فعليين، وتتم إدارته كمحوّل منطقي واحد. تتيح VMware vDS والأدوات المشابهة للمسؤولين ضبط سياسة الشبكة مرة واحدة وتطبيقها في كل مكان.

يحافظ ذلك على اتساق الإعدادات عند ترحيل جهاز افتراضي مباشرًا بين المضيفين، إذ يتبع تكوين الشبكة الجهاز الافتراضي تلقائيًا بدلًا من إعداده على كل مضيف.

تفصل SDN (الشبكات المعرفة بالبرمجيات) بين مستوى التحكم (القرارات المتعلقة بوجهة حركة المرور) ومستوى البيانات (التمرير الفعلي). ويبرمج متحكم مركزي الشبكة عبر البرمجيات، مما يجعلها مرنة وقابلة للأتمتة.

تتناسب المحوّلات الافتراضية طبيعيًا مع SDN؛ إذ يمكن تعريف الشبكة بأكملها وتغييرها وتوسيعها باستخدام التعليمات البرمجية بدلًا من توصيل الكابلات، وهو أمر أساسي على نطاق السحابة.

غالبًا ما ينتهي استكشاف الأخطاء وإصلاحها الحديث داخل المضيف. فقد يكون سبب انقطاع الاتصال عن جهاز افتراضي هو إرفاق vNIC بالمحوّل الافتراضي الخطأ، أو بشبكة VLAN الخطأ، أو بوصلة صعود متوقفة. ويوفر فهم الطبقة الافتراضية ساعات من البحث عن كابلات فعلية لا مشكلة فيها.

تنطبق المفاهيم نفسها (المحوّلات وشبكات VLAN وعناوين MAC)، لكنها مطبّقة برمجيًا داخل برنامج مراقبة الأجهزة الافتراضية.

تتصل vNIC الخاصة بالجهاز الافتراضي بمنفذ في vSwitch؛ ويمرّر vSwitch حركة المرور المحلية فورًا، ويرسل حركة المرور الخارجية عبر وصلة صعود إلى شبكة LAN الفعلية، مع إمكانية إضافة وسم VLAN. ويحدد اختيار الأوضاع الخارجي أو الداخلي أو الخاص أو NAT نطاق الوصول، بينما توسّع المحوّلات الموزعة وSDN هذا التصميم ليشمل مراكز البيانات بأكملها.

يمرّر المحوّل الافتراضي الإطارات بين الأجهزة الافتراضية باستخدام بطاقات NIC الافتراضية، ويتصل بالشبكة الفعلية عبر وصلة صعود. وتدعم محوّلات vSwitch شبكات VLAN، كما توفر أوضاعًا خارجية وداخلية وخاصة وNAT للتحكم في نطاق الوصول. وتوسّع المحوّلات الموزعة وSDN هذا التصميم ليشمل مراكز البيانات، ولذلك يمتد استكشاف أخطاء الشبكة الآن إلى داخل المضيف.