معرفی و بررسی جامع تکنولوژی Cisco ACI (بخش اول)

مقدمه‌ای بر تکنولوژی Cisco ACI

با ورود مفاهیم جدیدی نظیر Big Data و سرویس‌های ابری، اهمیت مراکز داده به صورت روزافزون افزایش پیدا کرد. مراکز داده دیگر امکان ارائه‌ی سرویس مناسب به نیازهای روز را نداشته و این موضوع مستلزم ایجاد تکنولوژی جدید در زیرساخت مراکز داده را به صورت روزافزون افزایش داد. از جمله مشکلات به وجود آماده می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• عدم توانایی ارائه‌ی سرویس به صورت ایزوله به چند مشتری بر روی یک مرکز داده

• بالا رفتن پیچیدگی در پیکربندی‌ها با توجه به افزایش سرویس‌های ارائه شده

• عدم توانایی ارائه‌ی راهکارهای هوشمند در برقراری ارتباطات زیرساختی

• هزینه‌ی بالای افزایش ظرفیت به دلیل عدم وجود انعطاف‌پذیری

شرکت سیسکو (Cisco) با ارائه‌ی تکنولوژی Application Centric Infrastructure که به اختصار ACI نامیده می‌شود، زیرساخت ارتباطی در مراکز داده را دگرگون نمود. تکنولوژی Cisco ACI با ارائه‌ی مفاهیم جدید، مشکلات موجود در مراکز داده‌ی نسل قبل را مرتفع نمود و باعث افزایش کارایی و بهره‌وری در مراکز نسل جدید گردید. از جمله قابلیت‌های کلیدی به وجود آمده در تکنولوژی Cisco ACI می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

• توانایی ارائه‌ی سرویس‌های ابری با توجه به قابلیت Multi-Tenant

• خودکارسازی فرآیندهای پیکربندی و عیب‌یابی و کاهش پیچیدگی‌ها

• افزایش انعطاف‌پذیری و قابلیت گسترش‌پذیری در زیرساخت

• امکان یکپارچه شدن با سایر پلتفرم‌ها نظیر VMware و F5

• حذف محدودیت‌ها جهت پیاده‌سازی سناریوهای Disaster Recovery

معرفی تکنولوژی Cisco ACI

تکنولوژی Cisco ACI با ایجاد یک ابر زیرساختی یکپارچه، پیچیدگی‌­های مربوط به پیکربندی زیرساخت را به صورت کامل از میان برداشته است. به گونه‌ای که مدیران شبکه، دیگر درگیر پیکربندی ارتباطات زیرساختی و پیچیدگی‌­های آن‌ها نخواهند شد.
نخستین بار با روشن شدن تجهیزات زیرساختی در تکنولوژی سیسکو ACI، تجهیزات توسط کنترلر­های APIC که مغز اصلی تکنولوژی ACI هستند شناسایی خواهند شد. پس از شناسایی تجهیزات، ابر یا Fabric مورد نظر توسط سرورهای APIC تشکیل می‌شود و پس از آن تمامی پیکربندی‌­های زیرساختی توسط کنترلر­های APIC صورت خواهد گرفت و مدیران شبکه نقشی در این پیکربندی‌­ها نخواهند داشت.

به طور مثال، مطابق شکل بالا پس از تشکیل Fabric، در صورتی که کاربر A و B قصد برقراری ارتباط با یکدیگر را داشته باشند، نحوه‌ی چگونگی عبور جریان ترافیک توسط زیرساخت شبکه کاملاً به صورت خودکار بوده و به صورت منطقی هر دو کاربر به یک سوئیچ متصل می‌باشند.
هدف از تشکیل Fabric در واقع کاهش خطا در پیکربندی زیرساخت و کاهش پیچیدگی‌­های عیب‌یابی توسط مدیران شبکه می‌­باشد تا تمرکز بر سیاست‌گذاری به روی ارتباطات باشد و نه به روی پیکربندی ارتباطات. درواقع در مراکز داده‌ی نسل قبل، به منظور رسیدن به هدف می‌بایست خود فرد مسیر حرکت را آماده می‌نمود، ولی با تکنولوژی ACI شما سوار بر یک تاکسی فقط مقصد را اعلام خواهید نمود و چگونگی رسیدن به آن مقصد توسط تکنولوژی ACI مدیریت خواهد شد.

معرفی معماری Spine-Leaf

به منظور پیاده‌سازی و راه‌اندازی تکنولوژی Cisco ACI، لازم است از معماری ارتباطی جدید Spine-Leaf به جای معماری سنتی سه لایه استفاده گردد. مطابق دیاگرام زیر دو دسته سوئیچ زیرساختی وجود دارد. سوئیچ‌های لایه‌ی Leaf وظیفه‌ی تأمین ارتباطات برای تجهیزات انتهایی را برعهده دارند، دسته‌ی دیگر سوئیچ‌­های لایه‌ی Spine هستند که به منظور برقراری ارتباطات زیرساختی مورد استفاده قرار می‌­گیرند.

همانطور که در شکل نمایش داده شده، لازم است هر یک از سوئیچ‌های لایه‌ی Leaf با تمامی سوئیچ‌­های لایه‌ی Spine در ارتباط باشد. همچنین میان سوئیچ‌های Leaf با یکدیگر و سوئیچ­‌های Spine با یکدیگر نباید ارتباطی وجود داشته باشد.
معماری Spine-Leaf باعث افزایش قابلیت انعطاف‌پذیری و توسعه‌پذیری در زیرساخت مراکز داده می­‌گردد. این معماری این امکان را فراهم می‌­سازد تا در صورت نیاز به پهنای باند بیشتر و یا تعداد پورت‌­های انتهایی بیشتر، با اضافه نمودن یکی از سوئیچ‌­های Spine و یا Leaf، نیاز مورد نظر به راحتی مرتفع گردد.

کنترلر APIC

کنترلر­های APIC که بر روی سرورهای UCS راه‌اندازی شده‌اند، مهم‌­ترین جزء تکنولوژی سیسکو ACI می­‌باشند. تمامی فعالیت‌­های نظیر مدیریت تجهیزات، پایش و عیب‌یابی، اعمال سیاست‌­های دسترسی و فرآیند­های خودکارسازی توسط این تجهیز انجام می‌­گیرد. با توجه به اینکه کنترل تمامی فعالیت‌ها و ترافیک‌ها توسط سرورهای APIC صورت می‌گیرد، در هر Fabric وجود حداقل 3 عدد کنترلر APIC الزامی می‌­باشد. این امر موجب افزایش قابلیت دسترس‌پذیری شده و ظرفیت پردازشی در Fabric را افزایش می‌دهد. مطابق شکل زیر، هر یک از کنترلر­های APIC لازم است با دو سوئیچ Leaf ارتباط داشته باشد.

همان‌گونه که در شکل بالا مشخص شده است، دو لینک ارتباطی میان کنترلر APIC و سوئیچ­‌های Leaf به صورت خودکار توسط خود کنترلر APIC به صورت افزونه پیکربندی خواهند شد.
کنترلر APIC پس از راه‌اندازی با استفاده از پروتکل LLDP شروع به شناسایی سوئیچ‌­های زیرساختی Spine و Leaf می‌نماید و پس از شناسایی، تمامی تجهیزات شبکه‌ی Underlay را بر روی تجهیزات پیکربندی می‌نماید.

معرفی Underlay Network

شبکه‌ی ارتباطی ایجاد شده بر روی Fabric همان Underly Network می‌باشد. اجزاء این شبکه شامل همان سوئیچ­‌های Spine و Leaf  به همراه لینک‌های ارتباطی و پروتکل‌­های مسیریابی است. وظیفه‌ی این شبکه، انتقال داده در تمامی Fabric ایجاد شده است. با توجه به وجود محدودیت در پروتکل STP و حذف آن در مراکز داده‌ی جدید، پرتکل‌­های مسیریابی و کنترل جریان ترافیک در این شبکه نظیر MP-BGP و ISIS می‌­باشد. شبکه‌ی Underlay در تکنولوژی Cisco ACI به صورت کامل توسط سرور APIC ایجاد شده و مدیران شبکه درگیر پیچیدگی‌­های ایجاد این شبکه نخواهند شد.

معرفی شبکه Overlay

شبکه‌ی Overlay به صورت مجازی بر روی بستر شبکه‌ی Underlay ایجاد می‌گردد. در واقع ساختار معرفی شده این امکان را فراهم می­‌نماید تا بر روی یک بستر ارتباطی، چند شبکه‌ی کاملاً مجزا و ایزوله را داشته باشیم. با توجه به نیاز و سیاست‌­های پیکربندی شده توسط مدیران شبکه، یک یا چند شبکه‌ی Overlay با دسترسی‌­های مورد نظر توسط تکنولوژی Cisco ACI به صورت خودکار ایجاد شده و مدیران شبکه درگیر پیچیدگی­‌های پیکربندی در این بخش نیز نخواهند شد.

معرفی ساختار اشیاء در تکنولوژی Cisco ACI

به منظور پیاده‌سازی سیاست­‌های ارتباطی و امنیتی در تکنولوژی سیسکو ACI از اشیاء مختلفی استفاده می‌شود. هر یک از این اشیاء که دارای رابطه‌ی سلسله مراتبی با یکدیگر هستند، به منظور کنترل جریان‌­های ارتباطی و امنیتی در سطوح مختلف مورد استفاده قرار می‌­گیرند. در دیاگرام زیر، ارتباط بین اشیاء مختلف در تکنولوژی Cisco ACI نمایش داده شده است.

معرفی Tenant

با ایجاد یک Tenant، یک دامنه‌ی ایزوله برای جریان‌­های Routing و Switching ایجاد خواهد شد. در حقیقت Tenant یک واحد مجزا برای اِعمال سیاست می‌باشد. از Tenant برای موارد زیر می­‌توان استفاده نمود:

• جداسازی مشتری‌ها در سرویس‌دهنده‌ها

• جداسازی بخش‌های یک سازمان که از نظر سیاست‌گذاری با یکدیگر متفاوت می‌باشند.

• جداسازی دامنه‌های مدیریتی و ترافیکی شرکت‌هایی که از یک بستر مشترک در مرکز داده استفاده می‌کنند.

معرفی VRF

VRF که با نام‌­های Context و یا Private Network نیز در تکنولوژی ACI شناخته می‌شوند. همانند مفهوم گذشته، VRF ظرف یا فضایی جهت ایزوله کردن ارتباطات لایه‌ی سوم مورد استفاده قرار می‌­گیرد. هر Tenant می­‌تواند دارای چندین VRF به منظور ایزوله نمودن مسیریابی‌­های لایه‌ی سوم باشد.

معرفی Bridge Domain

مفهموم Bridge Domain به صورت تقریبی معادل VLAN در شبکه‌های نسل قبل بوده و برای برقراری ارتباطات در لایه‌ی دوم مورد استفاده قرار می‌گیرد. هر VRF می‌تواند دارای چندین BD باشد. Subnetها که در زیر مجموعه‌ی BD ایجاد می‌شود معادل نقش Interface VLAN را در شبکه‌های نسل قبل ایفا می‌نمایند و در حقیقت آدرس‌های قابل استفاده‌ی Hostها و تجهیزات انتهایی موجود در این BD را مشخص می‌نماید.

معرفی Endpoint Group

تجهیزات انتهایی یا همان Endpointها در گروه­‌هایی که به اصطلاح EPG نامیده می‌شوند قرار می‌گیرند. EPG به عنوان زیرمجموعه‌ی Bridge Domainها ساخته می‌شوند. به صورت پیش‌فرض، تنها تجیهزات انتهایی که در یک EPG قرار دارند امکان برقراری ارتباط با یکدیگر را دارند. در صورتی که Endpointها در EPG مختلفی باشند، حتی در صورت مشترک بودن BD و Subnet نیز امکان برقراری ارتباط به صورت مستقیم را ندارند و برای برقراری این ارتباط نیاز به Contract خواهند داشت.

معرفی Contract

به منظور برقراری ارتباطات میان EPGهای مختلف، نیاز به Contract می‌باشد. Contractها با Subjectهایی که در آن­‌ها تعریف شده است مشخص می‌کنند ارتباط میان EPG به روی چه پورت‌­ها و سرویس­‌هایی مجاز و یا غیرمجاز می‌باشد.

همان‌گونه که در شکل بالا مشخص شده، Contractها می‌توانند به صورت یک‌طرفه و یا دوطرفه مورد استفاده قرار گیرند. جهت جریان ترافیک در استفاده از Contractها با مشخص شدن نقش EPGها به عنوان Provider و یا Consumer مشخص خواهد شد.

بررسی ارتباطات

به منظور درک بهتر جریان ترافیکی، با استفاده از مثال زیر، چند نوع ارتباط بین تجهیزات انتهایی مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

ارتباط با تجهیز EP-B:

هر دو تجهیز EP-A و EP-B در یک EPG قرار دارند، در نتیجه امکان برقراری ارتباط مستقیم بین آن­ها فراهم می‌­باشد و جنس ارتباط نیز لایه دو خواهد بود.

ارتباط با تجهیز EP-C:

تجهیز EP-A و EP-C در EPG با اینکه در یک Subnet و BD یکسان قرار دارند، ولی به دلیل اینکه در EPGهای مختلف قرار دارند امکان برقراری ارتباط به صورت مستقیم برای آن­ها فراهم نمی‌باشد و برای برقراری ارتباط نیاز به ایجاد یک Contract هستند. لازم به ذکر است به دلیل مشترک بودن Subnet و BD، جریان ترافیک لایه دو خواهد بود.

ارتباط با تجهیز EP-D و EP-E:

با توجه به متفاوت بودن EPG و Subnet هردو تجهیز با EP-A، به منظور برقراری ارتباط نیاز به Contract بوده و جنس ارتباط لایه سه می‌باشد.
ارتباط دو تجهیز که در VRFهای مختلف ایجاد شده‌اند به صورت پیش‌فرض امکان‌پذیر نمی‌باشد. به منظور برقراری این ارتباط، لازم است در پیکربندی VRFها اطلاعات مسیریابی بین آن­ها به اشتراک گذاشته شود. همچنین لازم است علاوه بر تنظیم اشاره شده، Contract متناسب نیز با آن ایجاد شود.