云原生数据中心网络
目录
前言1
第1章为什么需要一个新的网络架构9
应用程序网络的洗牌10
世纪之交的网络设计13
桥接的魅力15
构建可扩展的桥接网络18
接入?C汇聚?C核心网络架构设计带来的问题22
不可扩展性23
复杂性24
失效域25
不可预测性25
缺乏灵活性26
缺乏敏捷26
背后的故事27
小结28
第2章Clos：新世界的网络拓扑29
Clos拓扑介绍30
深入探讨Clos拓扑32
同类设备的使用32
路由作为基本的互连模式33
Clos拓扑中的收敛比35
互连链路速率36
一些现实的限制37
细粒度的故障域39
扩展Clos拓扑40
比较两种三层模型43
应用与网络模型的匹配43
数据中心扩建44
Clos拓扑的影响44
重新思考故障和排错45
布线45
简化的库存管理45
网络自动化45
Clos网络的一些实践46
交换机之间使用多链路46
spine交换机只用于连接47
使用框式交换机作为spine交换机48
主机连接模式49
小结50
参考文献50
第3章网络的解耦51
网络解耦52
为什么网络解耦如此重要54
成本控制55
避免供应商锁定55
特性标准化55
网络解耦可行的原因56
网络解耦之后网络操作的差异57
采购与支持57
首次启动58
开放网络安装程序环境58
网络解耦领域中的厂商：硬件厂商61
转发芯片61
ODM厂家62
CPU63
各种标准组织63
关于网络解耦的一些常见的不实说法63
网络解耦领域的一些实践65
小结66
参考文献66
第4章网络操作系统的选择67
网络设备的新需求68
软件定义网络和OpenFlow的兴起69
SDN和OpenFlow更多详细信息70
OpenFlow面临的问题72
OVS74
SDN和OpenFlow对网络解耦的影响75
NOS设计模型76
交换机网络状态的存储位置78
交换芯片的编程80
API85
不同答案背后的原因85
用户接口86
NOS模型与云原生NOS需求进行比较88
NOS还能做什么93
小结93
参考文献93
第5章路由协议的选择95
路由概述96
路由表查找的原理97
如何选择路由99
路由表条目的类型100
RIB和FIB101
路由协议概述105
距离矢量协议与链路状态协议106
距离矢量协议解析106
链路状态协议解析108
总结距离矢量与链路状态路由交换110
比较距离矢量和链路状态协议110
链路状态和距离矢量协议的扩展110
距离矢量和链路状态协议中的多路径111
没有消息就是好消息112
链路状态和距离矢量协议中的传播延迟112
多协议支持113
无编号接口114
路由配置的复杂度115
Clos网络中的路由协议117
链路或节点失效时的链路状态与距离矢量协议118
Clos网络中的路由汇总121
安全与保障122
双向转发检测123
数据中心对路由协议的需求124
基本需求124
进阶需求125
一些少见的或前瞻性的需求125
为你的网络选择路由协议126
小结127
参考文献127
第6章网络虚拟化129
什么是网络虚拟化130
网络虚拟化在数据中心的应用131
强制将流量路由到特定路径上131
需要二层网络互联的应用程序133
云133
交换机的管理网络和数据网络的分离133
网络虚拟化模型134
服务抽象：二层或者三层134
内嵌虚拟网络与Overlay虚拟网络135
网络隧道：构建Overlay虚拟网络的基础136
网络隧道的优点138
网络隧道的缺点139
数据中心的网络虚拟化141
VLAN141
VRF142
VXLAN142
其他网络虚拟化解决方案144
虚拟网络数量的实际限制145
包头中虚拟网络ID字段的大小145
硬件限制145
控制面和软件的可扩展性146
部署模式146
网络虚拟化的控制协议147
虚拟控制面和物理控制面之间的关系148
集中式控制模型148
基于协议的控制模型149
供应商对网络虚拟化的支持149
商业芯片149
软件150
标准150
举例说明VXLAN的桥接和路由150
VXLAN桥接示例：H1到H5153
VXLAN和路由：H1到H6156
VXLAN桥接和路由的总结159
小结160
第7章容器网络161
容器介绍162
命名空间163
虚拟以太网接口166
深入容器网络168
单主机容器网络169
多主机容器网络175
比较不同容器的网络解决方案179
Kubernetes网络180
小结182
第8章多播路由183
多播路由的概述184
多播路由要解决的问题186
构建多播树187
多播路由协议188
PIM稀疏模式190
汇合点190
建立多播分发树191
多RP和MSDP201
数据中心的PIM-SM202
小结205
第9章数据中心的边缘207
问题所在207
连接模型208
为什么要连接到外部世界？208
外部连接的带宽要求208
将Clos拓扑连接到外部世界209
边缘的路由211
服务212
混合云连接214
小结218
第10章网络自动化219
什么是网络自动化220
谁需要网络自动化221
网络自动化是否意味着要学习编程222
为什么网络自动化很难223
IP地址和接口的问题225
规模226
网络协议配置的复杂性227
缺乏编程入口228
传统网络操作系统的限制228
网络开发者该如何促进网络自动化？229
网络自动化工具229
网络自动化实践232
Ansible概述234
Inventory236
Playbooks237
临时命令242
使Playbooks结构化243
典型的网络自动化发展历程245
广受称赞的文件复制操作246
自动化不依赖于设备的配置247
为路由和接口配置创建模板248
更多的模板和roles250
一些来自网络自动化同行的观察253
验证网络配置255
单一的正确网络状态的来源255
网络自动化时代的变更提交/回滚256
Vagrant和网络测试257
自动化核验259
小结260
参考文献260
第11章网络可观测性261
什么是可观测性？262
网络可观测性的现状263
SNMP的渐渐破灭263
网络可观测性的逐个设备检查法265
为什么网络的可观测很难？266
数据中心网络可观测性特征266
可观测性的分解268
遥测机制268
我们收集什么？268
我们怎么收集？270
我们什么时候收集？271
存储数据271
使用多个数据源272
告警和仪表盘273
小结274
参考文献274
第12章反思网络设计275
标准化的、简易的构建模块276
故障：只见树木不见森林278
二层故障模型和三层故障模型的比较279
简单故障和复杂故障的比较279
处理升级280
追求更少281
正确的架构如何提供帮助282
特性集本质论282
云原生网络设计原则的限制283
小结284
第13章部署OSPF285
为什么选择OSPF？286
需要解决的问题287
确定链接状态的泛洪域288
已编号与无编号OSPF289
IPv6支持290
VRF支持290
在服务器上运行OSPF的要求290
OSPF路由类型291
OSPF计时器294
OSPF配置解析297
二层Clos拓扑中的Leaf-Spine配置：IPv4297
二层Clos拓扑中的Leaf-Spine配置：IPv6306
三层Clos拓扑的OSPF配置309
配置运行OSPF的服务器：IPv4309
OSPF中的路由汇总314
OSPF和升级314
实践315
小结316
第14章数据中心中的BGP317
BGP基本概念318
BGP协议概述318
BGP对等连接319
BGP状态机320
自治系统编号321
BGP能力321
BGP属性，团体和扩展团体321
BGP路径计算322
多协议支持324
BGP消息324
使BGP适应数据中心326
eBGP与iBGP326
eBGP：独自飞行327
私有ASN327
BGP的ASN编号方案327
多路径选择330
BGP的收敛时间331
小结332
第15章部署BGP333
核心的BGP配置概念333
二层Clos拓扑的传统配置：IPv4335
PeerGroup339
路由策略341
为数据中心提供合理的默认配置347
无编号BGP：消除麻烦的接口IP地址348
任何名字的remote-as350
如何在BGP中使用无编号接口351
FRR中BGP配置的终观察357
路由协议栈对无编号BGP的支持358
小结358
配置IPv6358
BGP和VRF359
与主机上的BGP发言者建立对等连接362
BGP和升级365
AS_PATHPrepend365
GRACEFUL_SHUTDOWNcommunity365
Max-MED366
实践366
小结367
第16章数据中心中的EVPN369
为什么EVPN如此流行？370
网络虚拟化控制平面必须解决的问题371
VTEP在何处？372
是否是一个协议统治所有？372
iBGP特征373
Underlay和Overlay协议的分离375
使用单一eBGP375
支持虚拟网络路由的BGP组件376
路由标识符（RD）377
路由目标（RT）378
FRR中RD和RT的使用379
EVPN路由类型379
处理BUM的通信选择380
EVPN和桥接381
采用入口复制方式的EVPN桥接382
采用Underlay网络的路由多播方式的EVPN桥接384
处理MAC地址迁移388
支持双归属主机390
主机?C交换机互连模型392
双连接主机的VXLAN模型392
交换机对等选项393
处理链接故障394
避免重复的多目的地数据帧395
ARP/ND抑制396
EVPN和路由398
集中式与分布式路由398
对称与非对称路由399
路由通告399
VRF的使用400
在大型网络中部署EVPN400
小结402
第17章部署网络虚拟化403
配置场景403
设备本地配置405
单一eBGP会话408
OSPF用于Underlay网络，iBGP用于Overlay网络417
allowas-in与ASN分离422
PIM/MSDP配置423
服务器主机上的EVPN427
实践427
小结428
第18章核验网络配置429
核验网络状态431
系统核验432
核验线缆连接434
接口配置的核验441
路由配置的核验446
核验OSPF配置447
核验BGP配置456
剥离私有ASN465
核验网络虚拟化471
应用网络的核验477
数据平面的核验479
小结480
第19章尾声481
作者介绍483
封面介绍483
前言1
第1章为什么需要一个新的网络架构9
应用程序网络的洗牌10
世纪之交的网络设计13
桥接的魅力15
构建可扩展的桥接网络18
接入?C汇聚?C核心网络架构设计带来的问题22
不可扩展性23
复杂性24
失效域25
不可预测性25
缺乏灵活性26
缺乏敏捷26
背后的故事27
小结28
第2章Clos：新世界的网络拓扑29
Clos拓扑介绍30
深入探讨Clos拓扑32
同类设备的使用32
路由作为基本的互连模式33
Clos拓扑中的收敛比35
互连链路速率36
一些现实的限制37
细粒度的故障域39
扩展Clos拓扑40
比较两种三层模型43
应用与网络模型的匹配43
数据中心扩建44
Clos拓扑的影响44
重新思考故障和排错45
布线45
简化的库存管理45
网络自动化45
Clos网络的一些实践46
交换机之间使用多链路46
spine交换机只用于连接47
使用框式交换机作为spine交换机48
主机连接模式49
小结50
参考文献50
第3章网络的解耦51
网络解耦52
为什么网络解耦如此重要54
成本控制55
避免供应商锁定55
特性标准化55
网络解耦可行的原因56
网络解耦之后网络操作的差异57
采购与支持57
首次启动58
开放网络安装程序环境58
网络解耦领域中的厂商：硬件厂商61
转发芯片61
ODM厂家62
CPU63
各种标准组织63
关于网络解耦的一些常见的不实说法63
网络解耦领域的一些实践65
小结66
参考文献66
第4章网络操作系统的选择67
网络设备的新需求68
软件定义网络和OpenFlow的兴起69
SDN和OpenFlow更多详细信息70
OpenFlow面临的问题72
OVS74
SDN和OpenFlow对网络解耦的影响75
NOS设计模型76
交换机网络状态的存储位置78
交换芯片的编程80
API85
不同答案背后的原因85
用户接口86
NOS模型与云原生NOS需求进行比较88
NOS还能做什么93
小结93
参考文献93
第5章路由协议的选择95
路由概述96
路由表查找的原理97
如何选择路由99
路由表条目的类型100
RIB和FIB101
路由协议概述105
距离矢量协议与链路状态协议106
距离矢量协议解析106
链路状态协议解析108
总结距离矢量与链路状态路由交换110
比较距离矢量和链路状态协议110
链路状态和距离矢量协议的扩展110
距离矢量和链路状态协议中的多路径111
没有消息就是好消息112
链路状态和距离矢量协议中的传播延迟112
多协议支持113
无编号接口114
路由配置的复杂度115
Clos网络中的路由协议117
链路或节点失效时的链路状态与距离矢量协议118
Clos网络中的路由汇总121
安全与保障122
双向转发检测123
数据中心对路由协议的需求124
基本需求124
进阶需求125
一些少见的或前瞻性的需求125
为你的网络选择路由协议126
小结127
参考文献127
第6章网络虚拟化129
什么是网络虚拟化130
网络虚拟化在数据中心的应用131
强制将流量路由到特定路径上131
需要二层网络互联的应用程序133
云133
交换机的管理网络和数据网络的分离133
网络虚拟化模型134
服务抽象：二层或者三层134
内嵌虚拟网络与Overlay虚拟网络135
网络隧道：构建Overlay虚拟网络的基础136
网络隧道的优点138
网络隧道的缺点139
数据中心的网络虚拟化141
VLAN141
VRF142
VXLAN142
其他网络虚拟化解决方案144
虚拟网络数量的实际限制145
包头中虚拟网络ID字段的大小145
硬件限制145
控制面和软件的可扩展性146
部署模式146
网络虚拟化的控制协议147
虚拟控制面和物理控制面之间的关系148
集中式控制模型148
基于协议的控制模型149
供应商对网络虚拟化的支持149
商业芯片149
软件150
标准150
举例说明VXLAN的桥接和路由150
VXLAN桥接示例：H1到H5153
VXLAN和路由：H1到H6156
VXLAN桥接和路由的总结159
小结160
第7章容器网络161
容器介绍162
命名空间163
虚拟以太网接口166
深入容器网络168
单主机容器网络169
多主机容器网络175
比较不同容器的网络解决方案179
Kubernetes网络180
小结182
第8章多播路由183
多播路由的概述184
多播路由要解决的问题186
构建多播树187
多播路由协议188
PIM稀疏模式190
汇合点190
建立多播分发树191
多RP和MSDP201
数据中心的PIM-SM202
小结205
第9章数据中心的边缘207
问题所在207
连接模型208
为什么要连接到外部世界？208
外部连接的带宽要求208
将Clos拓扑连接到外部世界209
边缘的路由211
服务212
混合云连接214
小结218
第10章网络自动化219
什么是网络自动化220
谁需要网络自动化221
网络自动化是否意味着要学习编程222
为什么网络自动化很难223
IP地址和接口的问题225
规模226
网络协议配置的复杂性227
缺乏编程入口228
传统网络操作系统的限制228
网络开发者该如何促进网络自动化？229
网络自动化工具229
网络自动化实践232
Ansible概述234
Inventory236
Playbooks237
临时命令242
使Playbooks结构化243
典型的网络自动化发展历程245
广受称赞的文件复制操作246
自动化不依赖于设备的配置247
为路由和接口配置创建模板248
更多的模板和roles250
一些来自网络自动化同行的观察253
验证网络配置255
单一的正确网络状态的来源255
网络自动化时代的变更提交/回滚256
Vagrant和网络测试257
自动化核验259
小结260
参考文献260
第11章网络可观测性261
什么是可观测性？262
网络可观测性的现状263
SNMP的渐渐破灭263
网络可观测性的逐个设备检查法265
为什么网络的可观测很难？266
数据中心网络可观测性特征266
可观测性的分解268
遥测机制268
我们收集什么？268
我们怎么收集？270
我们什么时候收集？271
存储数据271
使用多个数据源272
告警和仪表盘273
小结274
参考文献274
第12章反思网络设计275
标准化的、简易的构建模块276
故障：只见树木不见森林278
二层故障模型和三层故障模型的比较279
简单故障和复杂故障的比较279
处理升级280
追求更少281
正确的架构如何提供帮助282
特性集本质论282
云原生网络设计原则的限制283
小结284
第13章部署OSPF285
为什么选择OSPF？286
需要解决的问题287
确定链接状态的泛洪域288
已编号与无编号OSPF289
IPv6支持290
VRF支持290
在服务器上运行OSPF的要求290
OSPF路由类型291
OSPF计时器294
OSPF配置解析297
二层Clos拓扑中的Leaf-Spine配置：IPv4297
二层Clos拓扑中的Leaf-Spine配置：IPv6306
三层Clos拓扑的OSPF配置309
配置运行OSPF的服务器：IPv4309
OSPF中的路由汇总314
OSPF和升级314
实践315
小结316
第14章数据中心中的BGP317
BGP基本概念318
BGP协议概述318
BGP对等连接319
BGP状态机320
自治系统编号321
BGP能力321
BGP属性，团体和扩展团体321
BGP路径计算322
多协议支持324
BGP消息324
使BGP适应数据中心326
eBGP与iBGP326
eBGP：独自飞行327
私有ASN327
BGP的ASN编号方案327
多路径选择330
BGP的收敛时间331
小结332
第15章部署BGP333
核心的BGP配置概念333
二层Clos拓扑的传统配置：IPv4335
PeerGroup339
路由策略341
为数据中心提供合理的默认配置347
无编号BGP：消除麻烦的接口IP地址348
任何名字的remote-as350
如何在BGP中使用无编号接口351
FRR中BGP配置的终观察357
路由协议栈对无编号BGP的支持358
小结358
配置IPv6358
BGP和VRF359
与主机上的BGP发言者建立对等连接362
BGP和升级365
AS_PATHPrepend365
GRACEFUL_SHUTDOWNcommunity365
Max-MED366
实践366
小结367
第16章数据中心中的EVPN369
为什么EVPN如此流行？370
网络虚拟化控制平面必须解决的问题371
VTEP在何处？372
是否是一个协议统治所有？372
iBGP特征373
Underlay和Overlay协议的分离375
使用单一eBGP375
支持虚拟网络路由的BGP组件376
路由标识符（RD）377
路由目标（RT）378
FRR中RD和RT的使用379
EVPN路由类型379
处理BUM的通信选择380
EVPN和桥接381
采用入口复制方式的EVPN桥接382
采用Underlay网络的路由多播方式的EVPN桥接384
处理MAC地址迁移388
支持双归属主机390
主机?C交换机互连模型392
双连接主机的VXLAN模型392
交换机对等选项393
处理链接故障394
避免重复的多目的地数据帧395
ARP/ND抑制396
EVPN和路由398
集中式与分布式路由398
对称与非对称路由399
路由通告399
VRF的使用400
在大型网络中部署EVPN400
小结402
第17章部署网络虚拟化403
配置场景403
设备本地配置405
单一eBGP会话408
OSPF用于Underlay网络，iBGP用于Overlay网络417
allowas-in与ASN分离422
PIM/MSDP配置423
服务器主机上的EVPN427
实践427
小结428
第18章核验网络配置429
核验网络状态431
系统核验432
核验线缆连接434
接口配置的核验441
路由配置的核验446
核验OSPF配置447
核验BGP配置456
剥离私有ASN465
核验网络虚拟化471
应用网络的核验477
数据平面的核验479
小结480
第19章尾声481
作者介绍483
封面介绍483
Dinesh G. Dutt有二十年网络行业经验，在思科公司从事企业和数据中心网络工作期间，他曾经为思科的大型交换机设计过许多ASIC芯片。他近的工作是Cumulus Networks公司的首席科学家。 [美] 迪内希·G. 杜特(Dinesh G. Dutt) 著赵化冰 范彬 丁亮 译 资深解决方案工程师秦军作推荐序秦军，从事网络技术领域多年，在物理交换机产品、SDN解决方案、云数据中心网络架构方向有丰富的技术积累。 译者介绍赵化冰，腾讯云工程师，主要从事云原生相关的产品研发和开源相关工作。范彬，从事云计算、容器产品研发多年。对的内核和网络技术一直保有学习热情。丁亮，从事云计算开源网络项目，智能网卡和GPU等加速硬件的集成和开发工作。
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