阿里云VPC产品详解
发布时间：2017-04-19 15:09
随着云计算的快速发展，网络问题争议不断，为了解决云上租户网络隔离问题，VPC（专有网络）应运而生，VPC也被认为是未来的趋势。
那么，阿里云的VPC是如何帮助用户解决云上的隔离问题呢？VPC之间如何互通、VPC又是如何主动访问公网，如何让用户从公网访问呢？VPC上还有哪些可以避免的坑呢？
VPC的由来
VPC是随着虚拟化、云计算的发展而出现的产品形态。用户需要VPC主要有两个方面的原因，一方面是安全的原因，即用户需要更安全的网络隔离，二是用户需要有自主可控的网络管理能力。
在VPC出现之前，用户在云上购买虚拟机等云产品，云服务商会为虚拟机提供一个IP地址供用户私用，但用户在云上并没有自己独立的网络，用户不能规划自己的网络，也无法自定义云上网络的地址等，也就是说，在VPC出现之前，用户在云上是缺乏网络能力的，而稍微成规模的用户，其实都是需要在云上有网络能力。
同时，在VPC出现之前，所有的用户都在一张大网内，不同用户的虚拟机通过网络层的隔离做到不同租户的网络隔离，但网络层的隔离不如VPC基于数据链路层隔离那么彻底和安全。因此，云计算服务提供商就为每个租户提供一张网络，并且是独立的、隔离的网络，这就是现在的专有网络VPC（Virtual Private Cloud）。阿里云早在2013年就开始了VPC的研发，并且于2014年正式上线VPC产品，为用户提供服务。
另外，VPC的出现也来自于云服务商自身驱动，除了前面提到的满足用户的安全隔离和网络管理需求外，最典型的就是在云计算环境中，传统网络越来越难以满足业务的快速变化和发展需要，传统网络更关注的是稳定性，但缺乏灵活性，这是巨大的矛盾。而随着这几年SDN思想和技术的发展，这个巨大的矛盾有了解决方案。
VPC是什么？
专有网络VPC（Virtual Private Cloud）是用户基于阿里云创建的自定义私有网络, 不同的专有网络之间实现二层逻辑隔离，用户可以在自己创建的专有网络内创建和管理云产品实例，比如ECS、负载均衡、RDS等。
也可以这么简单理解，VPC就是用户在云上的一个网络容器，容器里有虚拟路由器和虚拟交换机，这些基础组件构成了用户在云上的一个独立网络环境。有了这个网络容器后，用户就可以在容器中“存放”自己需要的云产品。更重要的是，这个网络容器让用户有了丰富的网络管理功能，比如，用户可以自主选择需要的私网地址段进行组网，管理公网的出和入，将多个VPC网络容器打通，甚至和用户线下IDC打通等。
经典网络下，统一部署都在阿里云的公共基础网络内完成，网络的规划和管理由阿里云负责，因此经典网络类型的产品更加适合对网络没有管理需求的客户，而专有网络VPC比较适合有网络管理能力和需求的客户。
VPC的特点和优势
现在业界众多云服务商纷纷推出VPC，那么，阿里云的VPC又有什么特点和优势呢？
首先，阿里云VPC的整个架构从最初设计时就是为了支撑百万规模的。众所周知，阿里云从2009年就启动了代号为“飞天”的云计算研发项目，致力于提供公共云计算服务，当时使用的就是经典网络。2013年，阿里云开始进行VPC产品的研发，当时在阿里云平台上已经有了规模庞大的用户，因此，VPC产品的底层基础架构，就必须要支撑比当时规模还要大很多倍的用户规模。通过借鉴SDN的思想，阿里云采用当时还不是标准的vXLAN技术，构建了VPC产品底层的控制平面和转发平面。
因此，阿里云VPC能满足中大型、甚至超大型企业级客户的需求，对大规模的业务系统有很好的支撑。除了规模，还有一个非常重要的因素就是高可用和容灾设计，阿里云VPC所依赖的转发集群是每可用区部署的，同时每可用区的集群都有一个备可用区，当一个可用区的集群出现异常时，可以切换到另外一个可用区服务。
目前，阿里云平台上部分用户单个VPC就容纳了5000台规模的服务器，这套系统的可运维性也非常高，这么庞大的系统只需要极少的运维人员就可以完成相关工作。
其次，阿里云VPC的另外一个优势是阿里巴巴的骨干网络。阿里巴巴出于业务的需要，建设了高质量骨干网络，这是很多云服务商所不具备的。基于这张骨干网络，阿里云VPC具备了很强的互联互通能力，用户可以非常方便的将多地部署的VPC进行互联互通。比如，用户为了容灾，在北京和上海两地分别构建了VPC，就可以使用阿里云高速通道产品将两地的VPC进行连接。此外，如果用户需要在全球不同节点使用VPC部署业务系统，依靠阿里巴巴的跨国网络，也可以通过高速通道产品将两个不同国家的VPC进行快速连接。
最后，阿里云VPC对物理网络的侵入很小，不需要物理网络进行特殊的功能适配，在原有的物理网上就可以构建VPC。阿里云VPC是纯软件的实现方案，基于x86服务器自研转发设备，既能满足转发性能的要求，又可以快速在原有的物理网络上实现VPC。
VPC的使用方法
一般情况下，创建VPC的过程分为几步，注册阿里云账户，创建VPC，创建专有网络中的虚拟交换机，然后就是创建云产品了，比如在专有网络中创建ECS实例，然后开通弹性公网IP，最后为ECS实例绑定弹性公网IP。这样，一个包含一台具备公网能力的ECS的专有网络环境就完成了。
VPC的使用还是有一定门槛的，至少要懂得一些网络的基本知识。而对于小白用户来讲，也可以直接使用阿里云提供的Default VPC，也就是系统默认分配的VPC。用户不需要了解VPC是什么，直接使用就可以了。一般情况下，用户需要先创建VPC，创建虚拟交换机，再购买ECS。而Default VPC可以让用户不用先创建VPC，而是直接购买ECS，系统会自动为用户创建VPC。
多个云上VPC间的访问
专有网络天生是隔离的安全网络，默认情况下，别人不能通过私网访问用户VPC，用户的VPC也不能通过私网访问别人。专有网络内的 ECS 只能和本 VPC 内其他 ECS 通信，或者和 VPC 内的其他云服务之间进行通信。那么，用户有多个VPC的时候如何实现不同VPC间的通信呢？
比如，为了安全，用户要将测试业务和生产业务分开，因此在云上建立两个VPC，A VPC 负责生产业务，B VPC负责测试业务，两个VPC之间默认不能通信，但用户可能在某些情况下需要让这两个VPC间进行通信，这个时候用户可以使用高速通道产品的VPC互联功能将两个VPC打通。
VPC内如何访问公网
对于不懂VPC的小白用户，可以直接使用阿里云的Default VPC，系统会默认分配给ECS一个公网IP，这和传统网络中的ECS的方式是一致的。而对于了解VPC的用户，在购买ECS时选择自己的VPC，阿里云不会分配给他公网IP，用户需要通过其他手段，例如使用EIP（弹性公网IP）和NAT网关产品来配置公网的访问。
阿里云在公网访问方面的一个产品叫做EIP，用户可以购买一个EIP，也就是公网IP地址，然后绑定到ECS上，然后这个VPC中的该ECS就可以访问Internet了。还有一种方法，用户可以购买NAT网关，通过配置SNAT规则，VPC中的ECS就可以通过NAT网关来访问公网了。
注：SNAT：源网络地址转换（出方向代理），用于VPC内的ECS访问互联网内容。
VPC内如何被公网访问
而对于公网的用户需要通过公网访问VPC私网中的业务系统，则有三种方法，一是给每个ECS配置有一个EIP，用户直接访问EIP，第二种是购买NAT网关，但是不用配置SNAT规则，而是配置DNAT规则，第三就是使用负载均衡SLB（Server Load Balancer）公网实例，并将需要的ECS挂在到该负载均衡实例下。
注：DNAT，目的网络地址转换（入方向代理），用于VPC内的ECS面向互联网提供服务；支持端口映射、IP映射。
云上VPC与云下IDC的联通
此外，用户还可以将云上的VPC与云下的IDC进行连通，通过使用高速通道-专线接入功能就可以完成，这就是混合云的模式。另外，用户还可以使用VPN将云下IDC经过internet的加密隧道连接到云上VPC。
如何从经典网络迁移到VPC
阿里云有大量的经典网络用户，而未来的趋势是VPC，因此，经典网络如何迁移到VPC就是用户非常关心的问题。对于经典网络的云资源迁移到VPC，阿里云会分阶段完善迁移方案。首先，阿里云提供一个工具，这个工具只针对于单台ECS从经典网络迁移到VPC中，使用这个工具，用户只需重启机器就可以完成迁移工作。
第二阶段，阿里云会研发一个平滑迁移的解决方案，解决方案的核心是负载均衡SLB可以同时挂载VPC和经典网络的ECS，同时，RDS等云产品支持用户同时从经典网络和VPC网络中访问。通过这个解决方案，用户可以通过在VPC中新建ECS，通过业务迁移的方式，将系统从经典网络迁移到VPC。当所有业务迁移到VPC后，再将经典网络的资源销毁。这个解决方案可以满足绝大部分系统的迁移要求。
第三阶段，阿里云会提供ClassicLink功能，允许用户将一台经典网络的ECS直接与VPC的ECS进行通信。这个功能上线后，结合前面两个阶段的功能，就可以满足用户所有的迁移需求。
避免VPC中的坑
首先，避免不同云产品使用不同的网络类型。有些用户开通VPC，购买了VPC类型的ECS，但是RDS却购买的是经典网络的，导致ECS无法访问RDS而无法使用。因此，用户使用云首先要考虑的就是网络类型，就是VPC，避免不同云产品使用不同的网络类型。特别要注意的是，对于实例型云产品，如ECS，RDS，SLB等，用户是在购买的时候选择需要的网络类型的。而对于大部分非实例型云产品，如OSS，日志服务等，则一般通过文档的方式告知用户从VPC中访问要使用的域名。
其次，避免VPC IP规划中的坑。用户在开通VPC时，首先要决定使用哪个网段，目前阿里云提供三个网段，即10.0.0.0/8，172.16.0.0/12，192.168.0.0/16，用户可以选择使用这三个网段或者其子网作为VPC的网段。在考虑网络规划时，一定要想清楚，避免地址冲突。第二，如果用户在云上有多个VPC，则建议两个VPC使用不同的网段，如果使用同一网段，虚拟交换机的网段也是相同，则两个VPC之间是无法通信的，也就无法打通。
第三，在选择交换机时，阿里云建议至少选择两个，并且两个交换机位于两个可用区，避免在同一可用区出现异常而导致整个业务无法访问。此外，交换机的子网掩码选择也是要考虑清楚的。用户应该根据自己的业务需求，确定虚拟交换机的网段，并且要考虑未来的扩展性。例如，现在有100台机器，那么网段数量就必须大于100台主机数量，并且还要考虑未来预留一定的余量，比如500台。
从规避IP冲突的角度，总结一下VPC IP规划的原则：
1.不同VPC使用不同网段
2.如果1做不到，则做到不同VPC的交换机使用不同网段
3.如果2也做不到，则做到要私网通信的交换机使用不同网段
除了用户进行合理规划外，阿里云也会提供更多的功能，比如专线网关可以解决云上VPC和云下IDC地址冲突的问题，再如交换机网段可以让用户修改等。
最后，避免不必要的访问公网和被公网访问。VPC 是安全隔离的私有网络，任何访问公网或被公网访问都是需要经过用户配置的。但运行一段时间后，经常出现不必要的访问公网和被公网访问的情况。比如，不再需要公网能力的ECS却忘记解绑EIP了，或者还有SNAT规则。又如，不再需要对外开放的端口却继续对外开放。这些问题都可能埋下安全隐患。
VPC的未来
云上已经进入VPC时代，VPC是用户使用云的首选，那VPC本身，未来又会是怎样的呢？ 从VPC本身来说，其产品形态不会有很大变化，但是对比经典网络中的网络产品和功能就会知道，目前以VPC为代表的云上虚拟网络还只有部分功能，未来，基于VPC，肯定会有满足更多场景的丰富网络功能出现，比如防火墙、入侵检测，流量分析等产品和功能。
