Switches e Redes Virtuais

Quando várias VMs ficam em um único servidor físico, elas ainda precisam se comunicar entre si e com o mundo externo. Um switch virtual (vSwitch) é um software dentro do hipervisor que desempenha a função de um switch físico, mas para máquinas virtuais.

Ele encaminha quadros Ethernet entre as VMs e para fora, através das placas de rede físicas do host, fazendo com que a rede agora alcance o interior do próprio servidor.

Cada VM recebe uma ou mais NICs virtuais (placas de interface de rede virtuais). Para o OS convidado, uma vNIC se parece exatamente com um adaptador Ethernet real, com seu próprio endereço MAC (endereço de hardware de Controle de Acesso ao Meio).

A vNIC se conecta a uma porta do switch virtual. A partir daí, o hipervisor decide se o tráfego permanece dentro do host ou sai para a LAN física.

Um switch virtual funciona como seu equivalente físico: ele aprende qual endereço MAC está em qual porta virtual e encaminha os quadros somente para onde eles devem ir. O tráfego entre duas VMs no mesmo host nunca passa por um cabo físico, portanto é extremamente rápido.

Quando uma VM precisa alcançar outro host ou a internet, o vSwitch envia o quadro por um enlace de saída, o adaptador de rede físico do host.

Um enlace de saída é a NIC física do host que conecta o switch virtual à rede real. Você pode associar várias NICs físicas a um vSwitch para obter mais largura de banda e redundância, uma técnica chamada agrupamento de NICs ou agregação de enlaces.

Se o cabo de um enlace de saída falhar, os outros manterão as VMs online. Sem um enlace de saída, um vSwitch fica isolado e as VMs só podem se comunicar entre si.

Os switches virtuais oferecem suporte a VLANs (Redes Locais Virtuais), assim como os switches de hardware. Você pode colocar VMs em VLANs separadas para que, por exemplo, servidores web e servidores de banco de dados fiquem isolados mesmo no mesmo host.

O vSwitch marca os quadros com identificadores de VLAN e os transmite por um enlace de saída em tronco para a rede física, mantendo a segmentação consistente do mundo virtual ao físico.

Os hipervisores oferecem vários modos de conexão do vSwitch:

• Externa: associada a uma NIC física, permitindo que as VMs alcancem a LAN e a internet.
• Interna: as VMs se comunicam entre si e com o host, mas não com a rede externa.
• Privada: as VMs se comunicam somente entre si, totalmente isoladas inclusive do host.

A escolha do modo correto controla exatamente até onde o tráfego de uma VM pode chegar.

Muitos hipervisores para computadores pessoais oferecem um modo NAT (Tradução de Endereços de Rede). As VMs ficam em uma rede virtual privada e compartilham o endereço IP único do host para acessar a internet, assim como os dispositivos de uma residência compartilham um endereço público.

O NAT é conveniente para laboratórios porque as VMs obtêm acesso à internet sem precisar de seu próprio endereço na LAN real, mas as conexões de entrada exigem encaminhamento de portas.

Em grandes data centers, um switch virtual distribuído abrange muitos hosts físicos e é gerenciado como um único switch lógico. O vDS da VMware e ferramentas semelhantes permitem que os administradores configurem uma política de rede uma vez e a apliquem em todos os lugares.

Isso mantém as configurações consistentes quando uma VM é migrada ao vivo entre hosts, pois a configuração de rede acompanha a VM automaticamente, em vez de ser definida por host.

SDN (Redes Definidas por Software) separa o plano de controle (decisões sobre para onde o tráfego vai) do plano de dados (encaminhamento efetivo). Um controlador central programa a rede por meio de software, tornando-a flexível e automatizada.

Os switches virtuais se adaptam naturalmente à SDN: toda a rede pode ser definida, alterada e dimensionada em código, em vez de pela conexão de cabos, algo essencial na escala da nuvem.

A solução de problemas moderna frequentemente termina dentro de um host. Uma VM sem conectividade pode estar com sua vNIC conectada ao vSwitch errado, à VLAN errada ou a um enlace de saída inoperante. Entender a camada virtual poupa horas gastas procurando cabos físicos que estão funcionando.

Os mesmos conceitos (switches, VLANs, endereços MAC) se aplicam, apenas implementados em software dentro do hipervisor.

A vNIC de uma VM se conecta a uma porta de um vSwitch; o vSwitch encaminha o tráfego local instantaneamente e envia o tráfego externo por um enlace de saída até a LAN física, opcionalmente marcado com uma VLAN. A escolha dos modos externo, interno, privado ou NAT controla o alcance, enquanto switches distribuídos e SDN dimensionam esse projeto para data centers inteiros.

Teste sua compreensão dos modos de rede virtual.

Um switch virtual encaminha quadros entre VMs usando suas NICs virtuais e se conecta à rede física por meio de um enlace de saída. Os vSwitches oferecem suporte a VLANs e disponibilizam modos externo, interno, privado e NAT para controlar o alcance. Switches distribuídos e SDN dimensionam esse projeto entre data centers, fazendo com que a solução de problemas de rede agora se estenda para dentro do host.