如何解决混合云组网难题

作者简介：黄斌，现就职于AccessHub。研究方向：自动化组网。邮箱 [email protected]。

1. 混合云组网的问题与挑战

企业用云量持续增长。随着时间的推移，逐渐形成了混合云架构。混合云架构如何解决通“网”需求？

1.1 多云网络互通

常见的组网方案有：用户自建VPN网关，使用加密隧道连接。但会带来以下问题：
1) 配置复杂，维护成本高
例如，将阿里云北京的VPC资源接入AWS新加坡的VPC。通常我们使用VPN软件解决，但通过繁琐的CLI在不同的云服务商实施不同的部署工作流，会造成在基础设施上花费太多的精力。

2) 网络结构臃肿，失去灵活性。
业务需求是更快的发布应用程序。拼凑使用多种连接方式组网，会使网络架构臃肿，增加复杂度。快，敏捷将是难以实现的。

1.2 企业和云网络互通

常见的组网方案有：云专线。 但也会带来以下问题：
1) 受服务商约束，需要改动网络。
例如，将阿里云北京，腾讯云深圳的VPC基础设施接入到北京的数据中心。云专线连接方式依赖服务商，需要在用户侧部署接入设备，花费几天或几周的时间改动网络。由于涉及到专线服务商，运营商，云服务商多方面配合，在资源协同，线路选择方面通常会有限制。

2) 高昂的组网成本，限制企业通网。
云专线每年支出在数十万级。创业公司没有大企业的资源优势，较高的支出，显然不符合需求。

1.3 客户端远程接入

常见的组网方案有：OpenVPN。 但也会带来以下问题：
1) 多用户多VPC环境，繁琐的证书管理。
每个VPC中都部署OpenVPN服务器会导致繁琐的证书管理。如果您有超过10个用户和多个VPC，则客户端证书管理和OpenVPN配置维护可能成为一项重大挑战。

2) 需要安装客户端。
对于大多数技术人员，OpenVPN使用上没有门槛，但接入系统有可能需要开放给非技术人员使用，例如，销售使用VPN访问内网中的CRM。需要安装客户端的方案，加大了实施难度。

2. 混合云组网的实现思路

如何能减少网络改动，低成本快速组网，同时简化VPN隧道的创建，删除和管理？我们探索出了一种自动化实现方案。

从图中可以看出，我们参考了SDN软件架构设计，将VPN网关抽象出来逻辑分层，实现集中管理。

2.1 组网自动化方案的组件

1) VPN容器

• 运行在VPC或用户侧网络的主机上；
• 处理VPN通道（IPSec加密）流量；
• 通过WebSocket与控制器连接。

2) 控制器

• 通过Restful API完成指定隧道的创建，删除，管理；
• 通过云服务商网络API完成VPC的路由配置；
• 通过Restful API与Web Client通信。

3) Web Client

• 隧道管理；
• 用户管理；
• 数据可视化。

各组件连接关系如下图：

2.2 对等连接的过程及其实现

1) 用户在管理界面点击需要互通的网络，Web Client向控制器发送创建连接请求，控制器向指定VPN容器下发IPSec配置，同时在VPC路由表添加到达对端网络的路由条目。配置完成后拉起隧道，两端网络完成互通。

2) 如果遇到两端网络VPC CIDR冲突的情况，可以通过管理界面修改指定连接的CIDR，Web Client向控制器发送修改CIDR请求，控制器向VPN容器下发新的IPSec配置，同时更新VPC路由条目。完成后重新拉起隧道。

3) 通过界面，可以集中管理所有VPN容器以及隧道。如果网络环境发生变化，例如云服务器的公网IP变更，监控服务会通知容器自动更新IPSec配置，同时更新VPC路由条目，重新拉起隧道。

以上就是系统的工作原理。从中我们可以看出，系统已经很好地解决了传统连接方式所遇到的问题：
1) 控制器通过VPN容器API接口完成IPSec连接配置，使用云服务商网络API接口完成VPC路由配置，从而实现了自动化。这种设计的优势在于可以消除复杂度，不需要网络工程师，任何人都可以运行。

2) 对于用户侧网络和云网络互通需求，由运行在用户侧主机上的VPN容器向运行在云网络的VPN容器发起IPSec连接，这样设计是为了避免对企业网络进行改动，减少对硬件设备的依赖。由于不需要在企业用户侧开放端口，可以适应直接路由，NAT，Proxy等主流的互联网接入方式。

3) 采用容器化的部署方式，将企业边界软化，不需要在用户侧网络部署CPE设备，不需要配置公有云边界路由器。由于采用了集中管理，分布运行的设计，可以满足随处运行，可持续升级的需求。

2.3 客户端远程接入的过程及实现

1) 管理员可以手动添加用户，也可以使用邀请注册的方式导入用户，将注册地址，注册码分发给团队成员。用户登记邮箱，密码，手机号，注册码完成账号注册。如果有LDAP环境，还可以使用系统的LDAP自动同步功能，对接LDAP服务器，周期性自动更新账号信息。

2) 账号生效后，用户不需要安装客户端，直接使用macOS，Windows，iOS，Android，Linux原生VPN客户端即可接入。VPN类型为使用预共享密钥的L2TP/IPSec。

3) 如果用户需要重置密码，可前往自助IT服务页面自行重置密码，就像重设邮箱密码一样简单。

以上就是客户端接入的流程。从中我们可以看出，系统已经很好地解决了OpenVPN所遇到的问题：

1) 使用预共享密钥的接入方式。这样设计是为了避免维护客户端证书，同时还能直接使用操作系统原生VPN客户端，不需要用户再额外安装VPN客户端。好处是降低了使用门槛，降低了实施难度，使得适应更多的应用场景，适应更多用户群。
2) 提供多种用户导入方式。这样设计是为了兼容企业的IT环境。管理员可以手动添加用户，或者使用邀请注册的方式导入团队成员。还可以通过系统的LDAP自动同步功能，自动更新账号。
3) 通过管理界面，可以集中管理所有VPN容器以及用户。为用户提供密码重置，接入配置指南等自助式IT服务界面。管理员无须介入，降低IT服务成本。

3. 自动化组网的价值

VPN组网自动化方案解决了几个问题：

快速组网：使用IPSec VPN连接基础设施，在多云，企业与云之间建立任意互联。在几分钟内，将资源连接到任何位置。
网络改动少：适应原有网络，无需部署硬件，不需要对原有网络进行改动。
使用简单：消除复杂度，用全点击式操作取代CLI手动配置，不需要网络工程师，任何人都可以组网通网。
实施简单：使用操作系统原生客户端即可接入，不需要管理证书。
提高效率：集成云服务商API实现组网自动化。让用户专注于核心业务，而不是基础设施。
降低成本：通过廉价的Internet获得近似专线的特性，节省90%的通网支出。