สวิตช์และเครือข่ายเสมือน

เมื่อ VM หลายเครื่องอยู่บนเซิร์ฟเวอร์จริงเครื่องเดียวกัน VM เหล่านั้นก็ยังต้องสื่อสารระหว่างกันและกับโลกภายนอก สวิตช์เสมือน (vSwitch) คือซอฟต์แวร์ภายในไฮเปอร์ไวเซอร์ที่ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์จริง แต่ใช้สำหรับเครื่องเสมือน

สวิตช์นี้ส่งต่อเฟรมอีเทอร์เน็ตระหว่าง VM และส่งออกผ่านการ์ดเครือข่ายจริงของโฮสต์ ทำให้เครือข่ายเข้ามาถึงภายในเซิร์ฟเวอร์ได้

VM แต่ละเครื่องจะได้รับ vNIC เสมือน อย่างน้อยหนึ่งตัว (การ์ดส่วนต่อประสานเครือข่ายเสมือน) สำหรับ OS ของผู้เยี่ยมชม vNIC จะดูเหมือนอะแดปเตอร์อีเทอร์เน็ตจริงทุกประการ และมี MAC address ของตัวเอง (ที่อยู่ฮาร์ดแวร์สำหรับควบคุมการเข้าถึงสื่อ)

vNIC เชื่อมต่อกับพอร์ตบนสวิตช์เสมือน จากนั้นไฮเปอร์ไวเซอร์จะตัดสินใจว่าการรับส่งข้อมูลจะอยู่ภายในโฮสต์หรือออกไปยัง LAN จริง

สวิตช์เสมือนทำงานคล้ายสวิตช์จริง โดยเรียนรู้ว่า MAC address ใดอยู่บนพอร์ตเสมือนใด แล้วส่งต่อเฟรมไปเฉพาะปลายทางที่ถูกต้อง การรับส่งข้อมูลระหว่าง VM สองเครื่องบนโฮสต์เดียวกันไม่ต้องผ่านสายเคเบิลจริง จึงรวดเร็วมาก

เมื่อ VM ต้องติดต่อกับโฮสต์อื่นหรืออินเทอร์เน็ต vSwitch จะส่งเฟรมออกผ่าน ลิงก์เชื่อมต่อภายนอก ซึ่งก็คืออะแดปเตอร์เครือข่ายจริงของโฮสต์

ลิงก์เชื่อมต่อภายนอก คือ NIC จริงบนโฮสต์ที่เชื่อมสวิตช์เสมือนเข้ากับเครือข่ายจริง คุณสามารถผูก NIC จริงหลายตัวเข้ากับ vSwitch เดียวเพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์และความซ้ำซ้อน เทคนิคนี้เรียกว่า การรวม NIC หรือการรวมลิงก์

หากสายของลิงก์เชื่อมต่อภายนอกเส้นหนึ่งขัดข้อง เส้นอื่นจะช่วยให้ VM ยังคงออนไลน์ได้ หากไม่มีลิงก์เชื่อมต่อภายนอก vSwitch จะถูกแยกออก และ VM จะสื่อสารกันเองได้เท่านั้น

สวิตช์เสมือนรองรับ VLAN (เครือข่ายท้องถิ่นเสมือน) เช่นเดียวกับสวิตช์ฮาร์ดแวร์ คุณสามารถจัด VM ให้อยู่ใน VLAN ที่แยกจากกันได้ เช่น แยกเซิร์ฟเวอร์เว็บออกจากเซิร์ฟเวอร์ฐานข้อมูล แม้จะอยู่บนโฮสต์เดียวกัน

vSwitch จะติดแท็กเฟรมด้วยรหัส VLAN และส่งเฟรมผ่านลิงก์เชื่อมต่อภายนอกแบบทรังก์ไปยังเครือข่ายจริง ทำให้การแบ่งส่วนเครือข่ายสอดคล้องกันตั้งแต่โลกเสมือนไปจนถึงโลกจริง

ไฮเปอร์ไวเซอร์มีโหมดการเชื่อมต่อ vSwitch หลายแบบ:

• ภายนอก: ผูกกับ NIC จริง ทำให้ VM เข้าถึง LAN และอินเทอร์เน็ตได้
• ภายใน: VM สื่อสารระหว่างกันและกับโฮสต์ได้ แต่ไม่สามารถติดต่อเครือข่ายภายนอก
• ส่วนตัว: VM สื่อสารกันเองเท่านั้น และถูกแยกออกจากโฮสต์อย่างสมบูรณ์

การเลือกโหมดที่เหมาะสมจะควบคุมได้อย่างชัดเจนว่าการรับส่งข้อมูลของ VM จะเดินทางไปได้ไกลเพียงใด

ไฮเปอร์ไวเซอร์สำหรับเดสก์ท็อปจำนวนมากมีโหมด NAT (การแปลที่อยู่เครือข่าย) VM จะอยู่บนเครือข่ายเสมือนส่วนตัว และใช้ที่อยู่ IP เดียวของโฮสต์ร่วมกันเพื่อเข้าถึงอินเทอร์เน็ต เช่นเดียวกับอุปกรณ์ภายในบ้านที่ใช้ที่อยู่สาธารณะร่วมกัน

NAT สะดวกสำหรับห้องทดลอง เพราะ VM เข้าถึงอินเทอร์เน็ตได้โดยไม่ต้องมีที่อยู่ของตัวเองบน LAN จริง แต่การเชื่อมต่อขาเข้าต้องใช้การส่งต่อพอร์ต

ในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ สวิตช์เสมือนแบบกระจาย ครอบคลุมโฮสต์จริงหลายเครื่องและได้รับการจัดการเสมือนเป็นสวิตช์เชิงตรรกะเครื่องเดียว VMware vDS และเครื่องมือที่คล้ายกันช่วยให้ผู้ดูแลระบบกำหนดนโยบายเครือข่ายเพียงครั้งเดียวแล้วนำไปใช้ได้ทุกแห่ง

วิธีนี้ทำให้การตั้งค่าสอดคล้องกันเมื่อ VM ย้ายการทำงานแบบสดระหว่างโฮสต์ เพราะการกำหนดค่าเครือข่ายจะติดตาม VM ไปโดยอัตโนมัติ แทนที่จะต้องตั้งค่าแยกในแต่ละโฮสต์

SDN (เครือข่ายที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์) แยกระนาบควบคุม (การตัดสินใจว่าข้อมูลจะไปที่ใด) ออกจากระนาบข้อมูล (การส่งต่อข้อมูลจริง) ตัวควบคุมส่วนกลางจะกำหนดการทำงานของเครือข่ายผ่านซอฟต์แวร์ ทำให้เครือข่ายยืดหยุ่นและทำงานอัตโนมัติได้

สวิตช์เสมือนจึงเหมาะกับ SDN โดยธรรมชาติ เพราะสามารถกำหนด เปลี่ยนแปลง และขยายเครือข่ายทั้งหมดด้วยโค้ด แทนการเสียบสายเคเบิล ซึ่งจำเป็นอย่างยิ่งเมื่อใช้งานในระดับคลาวด์

การแก้ไขปัญหาสมัยใหม่มักจบลงที่ภายในโฮสต์ VM ที่เชื่อมต่อเครือข่ายไม่ได้อาจมี vNIC เชื่อมต่อกับ vSwitch ผิดตัว อยู่ใน VLAN ผิดตัว หรือลิงก์เชื่อมต่อภายนอกขัดข้อง ความเข้าใจชั้นเสมือนช่วยประหยัดเวลาได้หลายชั่วโมงจากการตามหาสายเคเบิลจริงที่ยังทำงานปกติ

แนวคิดเดียวกัน เช่น สวิตช์ VLAN และ MAC address ยังคงใช้ได้ เพียงแต่ถูกนำไปใช้งานด้วยซอฟต์แวร์ภายในไฮเปอร์ไวเซอร์

vNIC ของ VM เสียบเข้ากับพอร์ตของ vSwitch จากนั้น vSwitch จะส่งต่อข้อมูลภายในได้ทันที และส่งข้อมูลภายนอกออกผ่านลิงก์เชื่อมต่อภายนอกไปยัง LAN จริง โดยอาจติดแท็ก VLAN ได้ การเลือกโหมดภายนอก ภายใน ส่วนตัว หรือ NAT จะควบคุมขอบเขตการเข้าถึง ส่วนสวิตช์แบบกระจายและ SDN จะช่วยขยายการออกแบบนี้ไปทั่วทั้งศูนย์ข้อมูล

ทดสอบความเข้าใจเกี่ยวกับโหมดเครือข่ายเสมือน

สวิตช์เสมือน จะส่งต่อเฟรมระหว่าง VM ผ่าน vNIC เสมือน และเชื่อมต่อกับเครือข่ายจริงผ่าน ลิงก์เชื่อมต่อภายนอก vSwitch รองรับ VLAN และมีโหมดภายนอก ภายใน ส่วนตัว และ NAT เพื่อควบคุมขอบเขตการเข้าถึง สวิตช์แบบกระจาย และ SDN ช่วยขยายการออกแบบนี้ไปทั่วศูนย์ข้อมูล ทำให้การแก้ไขปัญหาเครือข่ายครอบคลุมไปถึงภายในโฮสต์