Switches y redes virtuales

Cuando varias VM residen en un mismo servidor físico, siguen necesitando comunicarse entre sí y con el mundo exterior. Un conmutador virtual (vSwitch) es software que se ejecuta dentro del hipervisor y cumple la función de un conmutador físico, pero para las máquinas virtuales.

Reenvía tramas Ethernet entre las VM y hacia el exterior a través de las tarjetas de red físicas del host, de modo que la red llega ahora hasta el interior del propio servidor.

A cada VM se le asigna una o más NIC virtuales (tarjetas de interfaz de red virtuales). Para el sistema operativo invitado, una vNIC tiene exactamente el aspecto de un adaptador Ethernet real, con su propia dirección MAC (dirección de hardware de control de acceso al medio).

La vNIC se conecta a un puerto del conmutador virtual. A partir de ahí, el hipervisor decide si el tráfico permanece dentro del host o sale hacia la LAN física.

Un conmutador virtual funciona como su equivalente físico: aprende qué dirección MAC se encuentra en cada puerto virtual y reenvía las tramas únicamente a donde corresponden. El tráfico entre dos VM del mismo host nunca pasa por un cable físico, por lo que es extremadamente rápido.

Cuando una VM necesita llegar a otro host o a internet, el vSwitch envía la trama a través de un uplink, es decir, el adaptador de red físico del host.

Un uplink es la NIC física del host que conecta el conmutador virtual con la red real. Puede vincular varias NIC físicas a un mismo vSwitch para obtener más ancho de banda y redundancia, una técnica denominada agrupación de NIC o agregación de enlaces.

Si falla el cable de un uplink, los demás mantienen las VM conectadas. Sin un uplink, el vSwitch queda aislado y las VM solo pueden comunicarse entre sí.

Los conmutadores virtuales admiten VLAN (redes de área local virtuales), igual que los conmutadores de hardware. Puede colocar las VM en VLAN separadas para que, por ejemplo, los servidores web y los servidores de bases de datos queden aislados incluso en el mismo host.

El vSwitch etiqueta las tramas con identificadores de VLAN y las pasa por un uplink troncal a la red física, manteniendo la segmentación de forma coherente desde el mundo virtual hasta el físico.

Los hipervisores ofrecen varios modos de conexión para los vSwitch:

• Externa: vinculada a una NIC física, de modo que las VM pueden acceder a la LAN e internet.
• Interna: las VM pueden comunicarse entre sí y con el host, pero no con la red externa.
• Privada: las VM solo pueden comunicarse entre sí y quedan completamente aisladas, incluso del host.

Elegir el modo adecuado controla exactamente hasta dónde puede viajar el tráfico de una VM.

Muchos hipervisores de escritorio ofrecen un modo NAT (traducción de direcciones de red). Las VM se encuentran en una red virtual privada y comparten la única dirección IP del host para acceder a internet, igual que los dispositivos domésticos comparten una dirección pública.

NAT resulta práctico para los laboratorios porque las VM obtienen acceso a internet sin necesitar su propia dirección en la LAN real, pero las conexiones entrantes requieren un reenvío de puertos.

En los centros de datos grandes, un conmutador virtual distribuido abarca muchos hosts físicos y se administra como un único conmutador lógico. VMware vDS y herramientas similares permiten que los administradores configuren una política de red una sola vez y la apliquen en todas partes.

Esto mantiene la configuración coherente cuando una VM se migra en caliente entre hosts, ya que la configuración de red sigue automáticamente a la VM en lugar de definirse por host.

SDN (redes definidas por software) separa el plano de control (las decisiones sobre adónde va el tráfico) del plano de datos (el reenvío real). Un controlador central programa la red mediante software, lo que la hace flexible y automatizada.

Los conmutadores virtuales encajan de forma natural con SDN: toda la red puede definirse, modificarse y ampliarse mediante código en lugar de conectar cables, algo esencial a escala de la nube.

La resolución de problemas moderna suele terminar dentro de un host. Una VM sin conectividad podría tener su vNIC conectada al vSwitch equivocado, a la VLAN incorrecta o a un uplink que no funciona. Comprender la capa virtual ahorra horas de buscar cables físicos que están en perfecto estado.

Se aplican los mismos conceptos (conmutadores, VLAN y direcciones MAC), solo que implementados mediante software dentro del hipervisor.

La vNIC de una VM se conecta a un puerto del vSwitch; el vSwitch reenvía el tráfico local al instante y envía el tráfico externo a través de un uplink hacia la LAN física, opcionalmente etiquetado con una VLAN. Elegir los modos externo, interno, privado o NAT controla el alcance, y los conmutadores distribuidos junto con SDN permiten ampliar este diseño a centros de datos completos.

Ponga a prueba su comprensión de los modos de red virtual.

Un conmutador virtual reenvía tramas entre las VM mediante sus NIC virtuales y se conecta a la red física a través de un uplink. Los vSwitch admiten VLAN y ofrecen modos externo, interno, privado y NAT para controlar el alcance. Los conmutadores distribuidos y SDN amplían este diseño a los centros de datos, por lo que la resolución de problemas de red ahora también se extiende al interior del host.