Qu'est-ce qu'un réseau virtuel ? Abordons ce sujet aujourd'hui.
Lorsque l'on pense aux réseaux informatiques, on imagine généralement divers câbles (Ethernet, fibre optique, coaxial) reliés à des appareils tels que des routeurs et des commutateurs, qui acheminent les paquets de données vers leur destination.
L'essor du Wi-Fi et des réseaux de données mobiles a permis de remplacer certains de ces câbles par des signaux sans fil, mais même les ondes radio relèvent du domaine physique, puisqu'elles sont reliées à des antennes-relais ou à des points d'accès Wi-Fi.
Dans le modèle de référence du réseau OSI à sept couches, l'ensemble de ces équipements réseau, de ces traitements et de ces communications occupe les trois couches inférieures : la couche 3 (réseau), la couche 2 (liaison de données) et la couche 1 (couche physique).
Dans un réseau virtuel, toutes ces activités s'effectuent au niveau logiciel.
Un réseau virtuel peut exister entièrement au sein d'un seul ordinateur physique (serveur). Il peut également s'agir d'une couche d'abstraction fonctionnant sur un réseau physique, dont la configuration et la topologie peuvent être très différentes de celles du réseau virtuel.
La mise en place d'un réseau virtuel est une tâche complexe, mais les avantages sont considérables : les réseaux peuvent être reconfigurés simplement en modifiant des fichiers, plutôt que par un travail manuel fastidieux pouvant nécessiter de ramper dans des gaines techniques.
Comment fonctionne un réseau virtuel ?
Pour comprendre le fonctionnement des réseaux virtuels, commençons par un concept connexe et plus familier : les machines virtuelles. La plupart d’entre nous connaissent bien les machines virtuelles, qui permettent d’exécuter plusieurs instances d’applications sur une seule machine physique.
Ces machines virtuelles ne “ savent ” pas vraiment qu’elles sont virtuelles ; tous les appels système et autres communications qu’elles auraient normalement avec le matériel sous-jacent sont interceptés par une couche logicielle appelée « hyperviseur ». Un hyperviseur gère les requêtes provenant de plusieurs machines virtuelles s’exécutant sur le même ordinateur afin d’exploiter au mieux les ressources matérielles sous-jacentes.
La machine virtuelle est même capable de traduire les instructions d'une plateforme matérielle à l'autre ; ainsi, par exemple, une machine virtuelle peut s'exécuter sur une machine x86 alors qu'elle a été conçue pour un processeur ARM. L'hyperviseur peut renvoyer les résultats que la machine virtuelle s'attend à recevoir du matériel.
Les réseaux virtuels reposent sur les mêmes principes. Le logiciel est configuré pour simuler un réseau présentant le relief requis par l'administrateur. À l'instar des machines virtuelles, les réseaux virtuels peuvent fonctionner parce que les systèmes d'exploitation et les applications avec lesquels ils communiquent ne savent pas (ou ne se soucient pas de savoir) s'ils interagissent avec un commutateur physique ou un commutateur virtuel (vSwitch).
Ils envoient simplement des paquets dont l'en-tête contient des informations de routage réseau et s'attendent à recevoir des paquets similaires en retour. Cette communication étant normalisée, il est facile de développer des logiciels capables d’émuler le comportement d’une carte réseau physique, d’un commutateur ou d’un routeur ; en effet, des outils tels qu’Open vSwitch peuvent fonctionner sur un hyperviseur ou servir de pile de contrôle pour du matériel réseau physique.
Une fois que l’hyperviseur a reçu ces paquets, il doit déterminer comment les acheminer vers leur destination, tout comme le ferait un équipement réseau physique. La différence réside dans le fait que l’hyperviseur doit convertir les informations relatives au réseau virtuel défini par logiciel (le réseau auquel notre ordinateur “ croit ” être connecté) en informations concernant l’environnement physique sous-jacent réel.
Un ordinateur peut croire qu'il envoie des paquets à un autre ordinateur situé sur le même réseau local (LAN), alors qu'en réalité, ces deux ordinateurs peuvent se trouver dans des pays différents, ou bien il peut s'agir de deux machines virtuelles fonctionnant sur le même serveur.
Les hyperviseurs résolvent généralement ce problème en encapsulant le paquet dans un autre paquet dont l'en-tête contient des informations de routage différentes, puis en transmettant ce paquet à l'infrastructure réseau physique. Une fois que ce paquet atteint sa destination, le paquet externe est supprimé ; le système qui reçoit le paquet le percevra comme provenant du réseau virtuel, et non du réseau physique réel qu'il a traversé.
Il va sans dire que la mise en place d'un réseau virtuel nécessite un travail considérable et beaucoup d'ingéniosité. Pourquoi se donner tant de mal ? Une présentation des différents types de réseaux virtuels permettra de se faire une idée des situations concrètes dans lesquelles ils s'avèrent utiles.
Type de réseau virtuel
Il convient de faire une distinction importante entre les réseaux virtuels internes et externes. Les réseaux virtuels internes servent à connecter plusieurs machines virtuelles fonctionnant sur le même serveur. Dans ce cas, l'hyperviseur n'a pas besoin d'encapsuler les paquets réseau ni de les envoyer sur le réseau physique ; il se contente de déterminer à quelle machine virtuelle ils sont destinés et de les acheminer.
Il peut sembler étrange d’utiliser un protocole conçu pour la communication entre ordinateurs comme moyen de communication entre deux processus s’exécutant sur le même matériel physique. Mais n’oubliez pas que l’un des avantages de la virtualisation est de pouvoir exécuter plusieurs systèmes d’exploitation prêts à l’emploi sous forme de processus totalement distincts et indépendants sur un même serveur.
L'utilisation de paquets réseau et de protocoles standard à cette fin, ainsi que de l'infrastructure de sécurité associée, permet à ces machines virtuelles de fonctionner et de communiquer entre elles sans aucune modification.
Les réseaux virtuels externes, quant à eux, impliquent des ordinateurs physiques distincts (ou une combinaison de machines virtuelles et de machines physiques). Dans ce scénario, les ordinateurs sont connectés via des périphériques réseau physiques traditionnels (y compris des connexions via l'Internet ouvert), mais l'administrateur réseau crée une topologie de réseau virtuel différente de la topologie physique sous-jacente.
Il existe trois types de réseaux virtuels, qui peut être interne ou externe :
Un réseau privé virtuel (VPN) Il s'agit de la forme la plus simple de réseau virtuel. Le scénario le plus courant consiste en un ordinateur connecté à un réseau d'entreprise local via l'Internet public. Du point de vue de cet ordinateur et des autres ordinateurs avec lesquels il interagit, une fois le VPN établi, l'ordinateur fait partie du réseau local (LAN), même s'il se trouve à distance.
Un réseau local virtuel (VLAN) est plus complexe : il s'agit d'un réseau local complet défini de manière virtuelle. Les VLAN peuvent être créés soit en divisant un seul réseau local physique en plusieurs VLAN, soit en regroupant des réseaux locaux physiquement indépendants au sein d'un seul VLAN.
Réseau local virtuel extensible (VXLAN) Il s'agit d'une version améliorée du VLAN qui permet de subdiviser les grands réseaux locaux (LAN) en un plus grand nombre de VLAN distincts et facilite également la migration des machines virtuelles sans interruption de service ; ces deux aspects sont essentiels pour l'infrastructure cloud.
Avantages et bénéfices des réseaux virtuels
La mise en réseau virtuelle est absolument indispensable lorsqu'on exécute plusieurs machines virtuelles sur le même matériel, ce qui est un scénario courant dans le cloud computing. Par ailleurs, la création de VLAN et de VXLAN par-dessus les réseaux physiques existants permet aux administrateurs de restructurer rapidement le réseau pour répondre à leurs besoins – souvent de manière automatique à l'ère de l'« infrastructure as code ». Cela serait difficile, voire impossible, à réaliser en reconstruisant manuellement le réseau physique.
Parmi les avantages des réseaux virtuels, on peut citer :
Réduire les coûts et la maintenance du matériel réseau physique.
Simplifiez la gestion du réseau grâce à un contrôle centralisé et automatisé.
Offre des options de configuration réseau plus souples et plus précises.
Ces avantages contribuent à améliorer la productivité informatique et à réduire les coûts de gestion, ce qui constitue une raison majeure justifiant le maintien des réseaux virtuels.
