Switch e reti virtuali

Quando molte VM risiedono su un unico server fisico, devono comunque comunicare tra loro e con il mondo esterno. Un virtual switch (vSwitch) è un software all'interno dell'hypervisor che svolge il lavoro di uno switch fisico, ma per le macchine virtuali.

Inoltra i frame Ethernet tra le VM e verso l'esterno attraverso le schede di rete fisiche dell'host, così la rete arriva direttamente all'interno del server.

A ogni VM vengono assegnate una o più NIC virtuali (schede di interfaccia di rete virtuali). Per il sistema operativo guest, una vNIC appare esattamente come un adattatore Ethernet reale con un proprio indirizzo MAC (indirizzo hardware Media Access Control).

La vNIC si connette a una porta dello switch virtuale. Da quel punto, l'hypervisor decide se il traffico rimane all'interno dell'host o esce sulla LAN fisica.

Uno switch virtuale funziona come il suo equivalente fisico: apprende quale indirizzo MAC si trova su ciascuna porta virtuale e inoltra i frame solo dove devono arrivare. Il traffico tra due VM sullo stesso host non percorre mai un cavo fisico, quindi è estremamente veloce.

Quando una VM deve raggiungere un altro host o Internet, il vSwitch invia il frame attraverso un uplink, cioè l'adattatore di rete reale dell'host.

Un uplink è la NIC fisica dell'host che collega lo switch virtuale alla rete reale. È possibile associare più NIC fisiche a un unico vSwitch per ottenere maggiore larghezza di banda e ridondanza, mediante una tecnica chiamata NIC teaming o aggregazione dei collegamenti.

Se il cavo di un uplink si guasta, gli altri mantengono online le VM. Senza un uplink, un vSwitch rimane isolato e le VM possono comunicare solo tra loro.

Gli switch virtuali supportano le VLAN (Virtual Local Area Networks), proprio come gli switch hardware. È possibile inserire le VM in VLAN separate, così, per esempio, i server web e i server di database rimangono isolati anche se si trovano sullo stesso host.

Il vSwitch contrassegna i frame con gli ID VLAN e li trasmette attraverso un uplink trunk alla rete fisica, mantenendo coerente la segmentazione dal mondo virtuale a quello fisico.

Gli hypervisor offrono diverse modalità di connessione del vSwitch:

• External: associata a una NIC fisica, consente alle VM di raggiungere la LAN e Internet.
• Internal: le VM comunicano tra loro e con l'host, ma non con la rete esterna.
• Private: le VM comunicano solo tra loro e sono completamente isolate anche dall'host.

La scelta della modalità corretta controlla esattamente quanto lontano può viaggiare il traffico di una VM.

Molti hypervisor desktop offrono una modalità NAT (Network Address Translation). Le VM si trovano su una rete virtuale privata e condividono l'indirizzo IP dell'host per raggiungere Internet, proprio come i dispositivi di casa condividono un unico indirizzo pubblico.

NAT è comodo per i laboratori perché consente alle VM di accedere a Internet senza richiedere un proprio indirizzo sulla LAN reale, ma per le connessioni in ingresso è necessario il port forwarding.

Nei grandi data center, uno switch virtuale distribuito si estende su numerosi host fisici e viene gestito come un unico switch logico. VMware vDS e strumenti simili consentono agli amministratori di configurare una volta sola i criteri di rete e applicarli ovunque.

Le impostazioni rimangono coerenti quando una VM viene migrata dinamicamente tra gli host, perché la configurazione di rete segue automaticamente la VM invece di essere impostata su ciascun host.

SDN (Software-Defined Networking) separa il piano di controllo (le decisioni sulla destinazione del traffico) dal piano dati (l'inoltro effettivo). Un controller centrale programma la rete tramite software, rendendola flessibile e automatizzata.

Gli switch virtuali sono naturalmente adatti all'SDN: è possibile definire, modificare e scalare l'intera rete tramite codice invece di collegare cavi, un aspetto essenziale su scala cloud.

La risoluzione dei problemi moderni termina spesso all'interno di un host. Una VM senza connettività potrebbe avere la vNIC collegata al vSwitch sbagliato, alla VLAN sbagliata o a un uplink non funzionante. Comprendere il livello virtuale evita di perdere ore a controllare cavi fisici che invece funzionano correttamente.

Si applicano gli stessi concetti (switch, VLAN, indirizzi MAC), semplicemente implementati tramite software all'interno dell'hypervisor.

La vNIC di una VM si collega a una porta del vSwitch; il vSwitch inoltra istantaneamente il traffico locale e invia quello esterno attraverso un uplink verso la LAN fisica, eventualmente contrassegnato con una VLAN. La scelta delle modalità external, internal, private o NAT controlla l'ambito di raggiungibilità, mentre gli switch distribuiti e l'SDN consentono di estendere questo progetto a interi data center.

Verifichi la Sua comprensione delle modalità di networking virtuale.

Un virtual switch inoltra i frame tra le VM tramite le loro NIC virtuali e si collega alla rete fisica attraverso un uplink. I vSwitch supportano le VLAN e offrono modalità external, internal, private e NAT per controllare la raggiungibilità. Gli switch distribuiti e l'SDN estendono questo progetto ai data center, così la risoluzione dei problemi di rete comprende ora anche l'interno dell'host.