Virtuaalikytkimet ja -verkot

Kun samalla fyysisellä palvelimella toimii useita virtuaalikoneita, niiden on silti voitava viestiä keskenään ja ulkomaailman kanssa. Virtuaalikytkin (vSwitch) on hypervisorissa toimiva ohjelmisto, joka hoitaa fyysisen kytkimen tehtävää virtuaalikoneita varten.

Se välittää Ethernet-kehyksiä virtuaalikoneiden välillä ja isännän fyysisten verkkokorttien kautta ulos, joten verkko ulottuu nyt itse palvelimen sisälle.

Jokaiselle virtuaalikoneelle määritetään yksi tai useampi virtuaalinen verkkokortti (virtual NIC). Vieraskäyttöjärjestelmälle vNIC näyttää täsmälleen tavalliselta Ethernet-sovittimelta, jolla on oma MAC-osoite (Media Access Control -laitteisto-osoite).

vNIC yhdistetään virtuaalikytkimen porttiin. Sen jälkeen hypervisor päättää, jääkö liikenne isännän sisälle vai siirtyykö se fyysiseen lähiverkkoon.

Virtuaalikytkin toimii fyysisen vastineensa tavoin: se oppii, mikä MAC-osoite sijaitsee missäkin virtuaaliportissa, ja välittää kehykset vain oikeaan paikkaan. Samalla isännällä olevien kahden virtuaalikoneen välinen liikenne ei kulje koskaan fyysistä kaapelia pitkin, joten se on erittäin nopeaa.

Kun virtuaalikoneen on päästävä toiselle isännälle tai internetiin, vSwitch lähettää kehyksen uplinkin kautta. Uplink on isännän todellinen verkkosovitin.

Uplink on isännän fyysinen verkkokortti, joka yhdistää virtuaalikytkimen oikeaan verkkoon. Voitte yhdistää useita fyysisiä verkkokortteja yhteen vSwitchiin saadaksenne enemmän kaistanleveyttä ja vikasietoisuutta. Tätä tekniikkaa kutsutaan nimellä NIC teaming tai linkkien yhdistäminen.

Jos yksi uplink-kaapeli vikaantuu, muut pitävät virtuaalikoneet verkossa. Ilman uplinkiä vSwitch eristyy, ja virtuaalikoneet voivat viestiä vain keskenään.

Virtuaalikytkimet tukevat VLANeja (Virtual Local Area Networks) fyysisten kytkinten tavoin. Voitte sijoittaa virtuaalikoneita erillisiin VLANeihin, jolloin esimerkiksi verkkopalvelimet ja tietokantapalvelimet pysyvät erillään samalla isännälläkin.

vSwitch merkitsee kehykset VLAN-tunnisteilla ja välittää ne trunk-uplink-yhteyden kautta fyysiseen verkkoon, jolloin segmentointi säilyy samanlaisena virtuaalisesta maailmasta fyysiseen verkkoon asti.

Hypervisorit tarjoavat useita vSwitch-yhteystiloja:

• External: yhdistetty fyysiseen verkkokorttiin, joten virtuaalikoneet pääsevät lähiverkkoon ja internetiin.
• Internal: virtuaalikoneet voivat viestiä keskenään ja isännän kanssa, mutta eivät ulkoisen verkon kanssa.
• Private: virtuaalikoneet voivat viestiä vain keskenään, ja ne on eristetty kokonaan myös isännästä.

Oikean tilan valinta määrittää tarkasti, kuinka pitkälle virtuaalikoneen liikenne voi kulkea.

Monet työpöytäympäristöjen hypervisorit tarjoavat NAT-tilan (Network Address Translation). Virtuaalikoneet sijaitsevat yksityisessä virtuaaliverkossa ja käyttävät isännän yhtä IP-osoitetta internetiin pääsemiseen aivan kuten kodin laitteet jakavat yhden julkisen osoitteen.

NAT on kätevä laboratorioympäristöissä, koska virtuaalikoneet saavat internet-yhteyden tarvitsematta omaa osoitetta oikeassa lähiverkossa. Saapuvat yhteydet edellyttävät kuitenkin porttiohjausta.

Suurissa palvelinkeskuksissa hajautettu virtuaalikytkin kattaa useita fyysisiä isäntiä, ja sitä hallitaan yhtenä loogisena kytkimenä. VMware vDS:n ja vastaavien työkalujen avulla ylläpitäjät voivat määrittää verkkokäytännön kerran ja ottaa sen käyttöön kaikkialla.

Asetukset pysyvät näin yhdenmukaisina, kun virtuaalikone siirretään reaaliaikaisesti isännältä toiselle, koska verkkokokoonpano seuraa virtuaalikonetta automaattisesti eikä sitä tarvitse määrittää jokaiselle isännälle erikseen.

SDN (Software-Defined Networking) erottaa ohjaustason (päätökset liikenteen kulkureitistä) datatasosta (varsinainen välitys). Keskitetty ohjain ohjelmoi verkkoa ohjelmiston avulla, mikä tekee siitä joustavan ja automatisoidun.

Virtuaalikytkimet sopivat SDN:ään luontevasti: koko verkko voidaan määrittää, muuttaa ja skaalata koodissa kaapeleiden kytkemisen sijaan. Tämä on välttämätöntä pilvipalveluiden mittakaavassa.

Nykyajan vianmääritys päätyy usein isännän sisälle. Yhteydetön virtuaalikone saattaa olla yhdistetty väärään vSwitchiin tai VLANiin, tai sen uplink voi olla poissa käytöstä. Virtuaalisen tason ymmärtäminen säästää tuntikausia fyysisten kaapeleiden jäljittämiseltä, vaikka ne olisivat täysin kunnossa.

Samat käsitteet (kytkimet, VLANit ja MAC-osoitteet) pätevät edelleen, mutta ne on toteutettu ohjelmistona hypervisorin sisällä.

Virtuaalikoneen vNIC yhdistetään vSwitchin porttiin. vSwitch välittää paikallisen liikenteen heti ja lähettää ulkoisen liikenteen uplinkin kautta fyysiseen lähiverkkoon, tarvittaessa VLAN-tunnisteella merkittynä. External-, Internal-, Private- ja NAT-tilojen valinta määrittää yhteyksien ulottuvuuden, ja hajautetut kytkimet sekä SDN laajentavat tämän rakenteen kokonaisiin palvelinkeskuksiin.

Virtuaalikytkin välittää kehyksiä virtuaalikoneiden välillä niiden virtuaalisten verkkokorttien avulla ja yhdistyy fyysiseen verkkoon uplinkin kautta. vSwitchit tukevat VLANeja ja tarjoavat External-, Internal-, Private- ja NAT-tilat yhteyksien hallintaan. Hajautetut kytkimet ja SDN laajentavat tämän rakenteen palvelinkeskuksiin, joten verkon vianmääritys ulottuu nyt myös isännän sisälle.