شبکه مجازی چیست

در مدل مرجع شبکه OSI که شامل هفت لایه است، تمام تجهیزات شبکه، پردازش‌ها و ارتباطات در سه لایه‌ی پایین‌تر قرار می‌گیرند: لایه ۳ (شبکه)، لایه ۲ (پیوند داده) و لایه ۱ (لایه فیزیکی).

در یک شبکه مجازی، تمام این فعالیت‌ها به‌طور کامل در نرم‌افزار انجام می‌شود.

شبکه‌های مجازی ممکن است به‌طور کامل درون یک ماشین فیزیکی واحد – مانند یک سرور – وجود داشته باشند. یا ممکن است به‌عنوان یک لایه انتزاعی روی یک شبکه فیزیکی اجرا شوند که پیکربندی و توپولوژی آن ممکن است کاملاً متفاوت از شبکه مجازی باشد.

ساختن یک شبکه مجازی یک کار پیچیده است، اما مزایای آن بسیار زیاد است: شبکه‌ها را می‌توان به‌سادگی با تغییر یک فایل بازپیکربندی کرد، به‌جای انجام کارهای فیزیکی طاقت‌فرسا که ممکن است شامل خزیدن در کانال‌ها باشد.

یک شبکه مجازی چگونه کار می کند؟

برای درک نحوه عملکرد یک شبکه مجازی، بیایید با یک مفهوم مرتبط و کمی آشناتر شروع کنیم: ماشین مجازی (VM). بیشتر ما با ماشین‌های مجازی آشنا هستیم که امکان اجرای چندین نمونه از برنامه‌ها را روی یک ماشین فیزیکی فراهم می‌کنند.

این ماشین‌های مجازی واقعاً «نمی‌دانند» که مجازی هستند؛ تمام فراخوانی‌های سیستم و ارتباطات دیگری که معمولاً با سخت‌افزار زیرین دارند، توسط یک لایه نرم‌افزاری به نام هایپر وایزر (Hypervisor) بازداشت می‌شود. هایپر وایزر درخواست‌های چندین ماشین مجازی که روی همان ماشین اجرا می‌شوند را مدیریت می‌کند تا از منابع سخت‌افزاری زیرین به طور بهینه استفاده کند.

یک ماشین مجازی حتی می‌تواند دستورالعمل‌ها را بین پلتفرم‌های سخت‌افزاری مختلف ترجمه کند، به طوری که مثلاً یک ماشین مجازی می‌تواند روی یک ماشین x86 اجرا شود، حتی اگر برای پردازنده‌های ARM طراحی شده باشد. هایپر وایزر قادر است نتایج را به شکلی بازگرداند که ماشین مجازی انتظار دریافت آن‌ها از سخت‌افزار را داشته باشد.

یک شبکه مجازی بر اساس اصول مشابهی ساخته شده است. نرم‌افزار به‌گونه‌ای پیکربندی می‌شود که یک شبکه با توپولوژی خاص مورد نظر مدیران خود را شبیه‌سازی کند. همان‌طور که در مورد ماشین‌های مجازی وجود دارد، یک شبکه مجازی قادر است به عملکرد خود ادامه دهد زیرا سیستم‌عامل‌ها و برنامه‌هایی که با آن ارتباط برقرار می‌کنند، نمی‌دانند (و اهمیتی نمی‌دهند) که آیا با یک سوئیچ واقعی یا یک سوئیچ مجازی (vSwitch) در حال ارتباط هستند.

آن‌ها تنها بسته‌هایی را که با اطلاعات خاص مسیریابی شبکه در هدرهای خود علامت‌گذاری شده‌اند ارسال می‌کنند و انتظار دارند بسته‌های مشابهی را در پاسخ دریافت کنند. از آنجایی که این نوع ارتباط استاندارد شده است، ساختن نرم‌افزاری که بتواند رفتار یک کارت شبکه فیزیکی، سوئیچ، یا روتر را شبیه‌سازی کند، آسان است. واقعاً ابزارهایی مانند Open vSwitch می‌توانند هم روی هایپر وایزر اجرا شوند و هم به‌عنوان لایه کنترل برای سخت‌افزار شبکه فیزیکی عمل کنند.

پس از دریافت این بسته‌ها توسط هایپر وایزر، باید تصمیم بگیرد که چگونه آن‌ها را به مقصدشان هدایت کند، مشابه با عملکرد سخت‌افزار شبکه فیزیکی. تفاوت این است که هایپر وایزر باید اطلاعات مربوط به شبکه مجازی تعریف‌شده توسط نرم‌افزار—که کامپیوتر ما “فکر می‌کند” به آن متصل است—را به اطلاعات مربوط به محیط فیزیکی واقعی زیرین ترجمه کند.

یک کامپیوتر ممکن است فکر کند که در حال ارسال یک بسته به کامپیوتر دیگری در همان شبکه محلی است، اما در واقع ممکن است دو ماشین در کشورهای مختلف باشند—یا ممکن است دو ماشین مجازی باشند که روی یک سرور واحد اجرا می‌شوند.

هایپر وایزر معمولاً این مشکل را با قرار دادن بسته اصلی درون بسته‌ای دیگر که دارای اطلاعات مسیریابی متفاوت در هدر خود است، حل می‌کند و سپس آن بسته را به زیرساخت شبکه فیزیکی منتقل می‌کند. هنگامی که آن بسته به مقصد خود می‌رسد، بسته خارجی از آن جدا می‌شود؛ سیستمی که بسته را دریافت می‌کند، آن را به‌عنوان بسته‌ای که از طریق شبکه مجازی ارسال شده است، نه از طریق شبکه فیزیکی واقعی که از آن عبور کرده است، درک می‌کند.

بدیهی است که پیاده‌سازی یک شبکه مجازی نیاز به کار و خلاقیت زیادی دارد. اما چرا باید این زحمت را کشید؟ توصیف انواع مختلف شبکه‌های مجازی درک بهتری از سناریوهای واقعی که در آن‌ها مفید هستند، ارائه خواهد داد.