技术干货丨云企业网CEN2.技术揭秘
CEN 是主打企业私有专用网络组网型产品。它提供的是基于意图的全球云网络，实现全球多个地域比如北京和杭州之间、数据中心之间的互联，同时能够打通云上的各种服务，比如 OSS、 RDS 等。提供丰富多样的私网连接，是 CEN 提供的基础能力。
相对于 CEN 1.0，2.0 版本在丰富连接能力上做了持续拓展，支持了 VPC 加载多 CEN ，同时即将推出云上和跨域的组播，支持就近转发等能力；在规模上， CEN 2.0 支持超大规模的组网能力，单地域最大支持 1000 个 VPC Attachment ，全球最大支持 5000 条路由的大规模组网，比原先的组网规模扩大了 100 倍。
为了更方便、更快捷的管理网络，我们提供了动态路由传播，简化网络运维，同时也提供路由汇聚、静态路由等来缩减路由规模，对用户的网络提供灵活的工具进行精细化管理。基于多路由表加转发关联的能力，提供 ServiceChain 能力，能够更好的将防火墙等安全业务集成到用户的私网中，提高网络的全球性。此外还有 flowlog、 流量标记、分账等能力，提高网络的可管理水平。
02、CEN2.0背后的技术架构
上图展示了 CEN2.0 背后的技术架构。CEN2.0 是基于阿里云网络的洛神技术底座的具体业务。
最底层是数据中心网络、广域网络、公网、专线等基础物理资源，左边是业务平面。
第二层是软硬一体化的架构，比如服务器、MOC、 FPGA、 可编程交换芯片等，此层提供了高性能网络转发的网关和虚拟机资源等，负责计算虚拟化和网络虚拟化。
第三层是弹性开放的虚拟化网元平台，代号为 CyberStar，它为业务提供了运行环境，以及容灾切换、弹性调度等能力。
最上层是各种各样的网元，在此层面网元可以专注地实现自己的业务逻辑，无须过多关注底层细节。除了 TR 之外，上面还存在很多其他丰富多样的网元，比如NAT网关、ALB等。
右侧是控制平面，首先是 CEN SDN 控制平面，它是 CEN 2.0 网络意图的大脑。最初的CEN 就坚持使用全 SDN 的思想来构造 CEN 的大脑，提供许多灵活的特性。网络大数据智能分析平台“齐天”，负责分析网络并提供网络运行的状态度量和洞察能力。
03、CEN2.0的智能控制器
CEN SDN 控制器是大脑，它能够将用户意图和配置翻译为资源和连通性的配置，提供私网连接的能力。同时它还能接受各种事件，产生各种调度，优化底层的服务质量。它具有以下三个显著优点：
第一，CEN 的控制器坚持使用 SDN 的理念和方法自研，将所有路由都通过 RPC 的方法接入到控制器中，包括 VPC 、专线、VPN 、CCN 等，而不是反过来的将路由注入到传统的路由协议栈里来实现。
此方法拥有很强的能力以及很大的自由性和灵活性。既可以给用户更灵活的控制能力，比如提供routemap的能力，让用户编辑和修改路由，匹配路由的属性，实现各种路由的控制，同时又能更好地与云产品结合，提供更好的用户体验，比如可以跟 SLB、DTS 等服务进行很好的集成。
第二，控制器实现了智能感知的能力，它会关注业务的位置和业务的需求，在智能和业务之间 match ，提供就近转发、智能服务、质量保证等服务，也提供了容灾收敛、弹性扩缩容等能力。
第三，为了提供超多平面、超大规模的网络， CEN 的控制器采用内存计算的方法。之前版本的控制器之间有很多中间状态需要持久化，导致很大的 IO 开销。而在 CEN 2.0 中，控制器看到的数据被分为两种，一种是拓扑数据，另外一种是状态数据。拓扑数据相对比较静态、比较少，而状态数据是实时变化的，量也很大。
CEN2.0 版本的控制器将大部分状态数据放到内存中，使用多级存储和分布式同步的方法，既保证了可靠又提供了效率。因此相对于之前的版本性能有了很好的提升。
04、CEN2.0的转发网元
CEN 2.0 的转发网元，从用户视角看到的是 TR（Transit Router） 网元，它运行在 cyberstar 平台上。Cyberstar 是洛神 3.0 中研发的NFV平台，它会按需孵化 ECS 集群来运行业务。
最下面是用户跑业务的 VPC ，每个 VPC 里使用 ENI-bonding 技术，将流量引到运行 TR 的 ECS 集群上。使用 ENI-bonding 使得 TR 与用户的连接（即VPC Attachment）具有云原生的特性，保留了 VPC 和 ENI 的特性，比如它能够结合直网路由 2.0 做 segmentation 或 ServiceChain 的能力。
往上是 ECS 资源池。从图上可以看到，每一个 ENI-bonding 都插入到多个 ECS 中，每个VPC的流量会引入到多台 ECS 上去处理，使得处理能力能够水平扩展。如果用户的流量有突发，即可弹性扩容 ECS，可以根据实际业务的需求按需使用 ECS。
而不同的可用区之间亦是接入到不同的集群，流量可以先引到本可用区的 ECS 集群上处理。这样操作，一是可以做本地化优先处理，时延更短，二是可以进行可用区之间的容灾隔离，同时还可以达到多可用区之间的水平扩展能力。
当 ECS 集群发生故障时，有几种机制可以用于处理容灾。一种是通过ENI-bonding 的弹性机制进行自动容灾隔离。当集群中少量 ECS 故障时，可以先隔离有问题的机器尽快创建新的机器，弹性加入集群中以提供与原先一致的服务质量；当集群有大量 ECS 故障时，依靠单集群的容灾已经很难恢复。此时可以将 Attachment 流量都切到用户选择的其他可用区内，尽量保证用户业务不受影响。
因此，尽管在新版本中允许租户在在创建 VPC Attachment 时只选用一个可用区，但我们依然推荐用户选择多个可用区以进行容灾保护。
其他容灾机制比如沙箱遇到突发流量影响到其他用户时，可以将用户的业务直接迁移到沙箱集群上以消除对其他用户的影响。
05、CEN2.0的云原生连接
VPC Attachment 使用云原生的连接来引流的技术是 ENI-bonding。在没有此项技术以前，使用普通的 ENI 技术存下以下缺陷：
首先，没有水平拓展能力的提示，没有容灾能力或容灾能力很慢。
其次，由于底层设备虚拟化的能力，单个 ECS 能够创建 ENI 的数量很小，一般只有 16 到 32 个。
另外，OS 在处理设备增加的时，并不会将其当成 Time-Critical 的任务来处理，因此增加、删除 ENI 设备需要很多步骤，比如需要经过 PCI 总线的定时扫描、操作系统响应，根据设备的 ID 识别设备类型，查询并响应加载相应的驱动程序，初始化设备分配内存等一系列处理后，才能交付给网元的业务处理，通常需要花费分钟级别的时间，而这样的速度无法满足NFV网元快速弹性缩容的需求。
Cyberstar 平台底层依赖于自研的 ENI-bonding 技术解决前文提到这些问题。它能够将 ENI 同时插到多台 ECS 上，在 ECS 中以子接口的形式加入到单个虚拟网卡中，能够很好地解决前面提到的几个问题。它是一个高密度的解决方案，能够将单台 ECS 支持的 ENI 数量提高到千级别, 响应速度可以达到秒级甚至亚秒级。出现故障时，它能够进行实时健康检查，在转换面进行实时收敛，不管是在集群内还是集群间都能实现秒级的切换。同时它还支持Shuffle sharding，可以大幅降低故障的半径。
在传统的网络中，有很多流量编排的解决方案，为了部署防火墙、广域网加速等网络服务， 网络工程师可以通过路由、策略路由、MAC或ARP代理等多种方式，将这些依赖或边缘的服务放到网络中，一般是在边缘的出口集中部署和管理这些服务。
在云网络中，由于流量受 SDN 控制，不像传统网络有那么多种解决方案。过去在云上部署这些服务比较困难，没有特别好的引流手段，而且这些手段对于原来的组网方法要么不兼容，要么需要侵入到组网中甚至破坏原来的组网设计。
06、CEN2.0 Service Chain
上图展示了用户业务部署的场景。用户的组网可以分为几个部分：
第一部分是互联网接入，在此放置公网暴露的服务，比如 NAT、SLB、EIP等。如上图里面画了两个 AZ，表示能够提供多 AZ 的容灾能力，表示能够提供多 AZ的容灾能力。右下角是云上部署的应用，客户可以按照不同的应用或者组织维度划分不同的 VPC ,然后将它的应用部署在其中。左下角是接口区，可以用 VPN 网关、专线、SAG等产品接入到云上。所有互访流量都需要经过一些安全防护以获得安全服务，里面既包含了私网之间的东西向流量，也包含了从私网到公网的南北向流量。
在 CEN 2.0 产品中，通过 CEN TR 的多路由表和关联转发，再搭配 VPC 的子网路由，即可在 CEN 2.0 的组网上很好地提供流量编排的能力，把想要的网络服务都放到网络中。
上图中最核心的就是 TR 的两张路由表，一张是绿色的名为“可信路由表”，通过它可以将流量引到各个业务中；另外一张叫“不可信度表”，所有业务流量之间的转化都会首先关联到不可信路由表，将流量转发到防火墙上，经过流防火墙清洗的干净流量会再次注入到 TR ，然后转到各个业务网元中去。
我们的方案是一个开放的方案，可以支持三方的网元并开放给各位厂商使用，支持透明或代理模式。在国内产品中，我们是首个提供此类解决方案的云厂商。
07、总结和展望
CEN 2.0 是长在洛神 3.0 技术架构上的产品。未来，我们仍然会秉承洛神3.0 内核的理念，支撑洛神 3.0 产品自身的发展。
洛神3.0是一个智能的网络，我们将持续打造智能网络，为大规模、高性能、复杂的网络提供智能的管理、分析和决策，助力业务成长；它也是一个面向应用和生态的网络，我们将持续使用云原生的技术思考并完善产品，为云化时代的组织和业务提供最佳的网络和应用互联架构；最后，它还是云边一体、万物互联的网络，我们将持续发展全球一张网，延伸网络边界。
作者介绍
作者：温曙光
阿里云智能云网络产品线高级技术专家，现在负责云企业网转发路由器产品的设计和开发，长期从事虚拟网络/软件定义网络/高性能网络等相关工作，对操作系统、分布式系统、云时代的应用有广泛的兴趣和研究。
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