VXLAN

　　虛擬可擴展LAN（VXLAN）是在一個3層網(wǎng)絡上借助MAC-in-UDP封裝，疊加一個2層網(wǎng)絡來實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬的。VXLAN網(wǎng)段是一個3層構建，可替代VLAN為數(shù)據(jù)中心的VM生成LAN網(wǎng)段。

　　因此，一個VM只能在一個VXLAN段內(nèi)通信或遷移。該VXLAN段有一個24位的VXLAN網(wǎng)絡標識符。VXLAN對VM來說是透明的，仍可使用MAC地址來通信。VXLAN封裝借助所謂VXLAN隧道端點（VTEP）來完成，該端點一般是通過一臺hypervisor交換機或物理接入交換機來提供的。

　　VXLAN封裝允許2層與任何端點進行通信，只要該端點在同一個VXLAN網(wǎng)段內(nèi)即可，即便這些端點是在不同的IP子網(wǎng)內(nèi)也沒有關系。這可以讓VM的實時遷移越出3層邊界。因為MAC幀是在IP包內(nèi)封裝的，因此對個別的2層交換機來說是無需知道MAC地址的。

　　這樣做可以減輕交換機出現(xiàn)MAC地址表的硬件容量問題。覆蓋的IP和MAC地址可由VXLAN ID來處理，這個VXLAN ID就像是特定VXLAN網(wǎng)段的限定符/標識符，在這一網(wǎng)段內(nèi)，IP和MAC地址都是有效的。這種VXLAN控制解決方案是使用基于任意源組播（ASM）的泛紅來傳播端系統(tǒng)位置信息的。

　　如上所述，VXLAN采用的是MAC-in-UDP封裝。這么做的理由之一是現(xiàn)代的3層設備可解析5元組（包括4層的源和目的端口）。VXLAN雖然采用了清晰明確的目的UDP端口，但源UDP端口卻可以是任何值。因此一個VTEP便可從跨很多UDP源端口的單一VM上傳播所有的流。這樣便允許中轉(zhuǎn)的3層交換機在僅有的兩個VM之間充分利用多路徑，甚至是多流的優(yōu)勢。

　　在一個VXLAN覆蓋網(wǎng)絡上，如果VXLAN節(jié)點需要和網(wǎng)絡的傳統(tǒng)網(wǎng)段（例如VLAN）中的節(jié)點通信，可以用一個VXLAN網(wǎng)關來執(zhí)行要求的隧道終端功能，包括封裝/拆裝。該網(wǎng)關的功能可利用硬件或軟件來實現(xiàn)。

　　VXLAN是IETF標準草案的一個子集，支持廠商有VMware、思科、Arista網(wǎng)絡、博科、紅帽和Citrix。IBM也支持VXLAN。在hypervisor vSwitch和物理交換機上實現(xiàn)這個預標準的現(xiàn)象已開始出現(xiàn)。

　　NVGRE

　　采用通用路由封裝的網(wǎng)絡虛擬化（NVGRE）用的是RFC 2784和RFC 2890所定義的GRE隧道協(xié)議。NVGRE在很多方面和VXLAN相似，只有兩處例外。雖然GRE封裝不是什么新概念，但大多數(shù)網(wǎng)絡設備卻不會去解析硬件的GRE報頭，因為這樣做可能影響性能，在多路徑數(shù)據(jù)中心LAN中解析流量分發(fā)的5元組哈希表也可能產(chǎn)生問題。

　　另一個例外是現(xiàn)有的IETF NVGRE標準草案并沒有為前面在講述一般的網(wǎng)絡覆蓋時所提到的控制平面功能指定一種解決方案，這可能得留待未來的草案去解決，或者留待SDN控制器去解決。

　　支持NVGRE的一些廠商（例如微軟和Emulex）認為，某些性能問題可通過智能網(wǎng)卡來解決，即用智能網(wǎng)卡卸載hypervisor vSwitch上的NVGRE端點處理。智能網(wǎng)卡還擁有與覆蓋控制器和hypervisor管理系統(tǒng)集成的API。Emulex還演示過可卸載VMware分布式交換機的VXLAN處理的智能網(wǎng)卡。

　　STT

　　無狀態(tài)傳輸協(xié)議（SST）是在數(shù)據(jù)中心的2層/3層物理網(wǎng)絡上創(chuàng)建2層虛擬網(wǎng)絡的第三種覆蓋技術。從理論上看，VXLAN和STT之間有很多相似之處。如隧道端點都是由hypervisor vSwitch提供的，VNID的長度都是24位，可通過控制傳輸源報頭發(fā)揮多路徑優(yōu)勢等。

　　STT封裝在兩個方面與NVGRE和VXLAN有所不同。第一，在IP報頭內(nèi)使用了無狀態(tài)TCP類報頭，允許端系統(tǒng)的隧道端點利用駐留在服務器網(wǎng)卡上的TCP卸載引擎（TOE）的TCP分片卸載功能（TSO）。

　　利用主機的好處包括較低的CPU使用率和較高的萬兆以太網(wǎng)接入鏈路使用率。STT還可為每個數(shù)據(jù)包的元數(shù)據(jù)分配更多的頭空間，而元數(shù)據(jù)則可為虛擬網(wǎng)絡的控制平面提供額外的靈活性。有了這些功能，STT便可針對hypervisor vSwitch作為封裝/拆裝隧道端點進行優(yōu)化。

　　STT IETF草案的支持廠商是Nicira，但是也沒有具體的控制平面解決方案。不過Nicira自己的虛擬化解決方案包括類似OpenFlow的hypervisor vSwitch和基于中央網(wǎng)絡虛擬化控制器的控制平面，可簡化虛擬網(wǎng)絡的管理。

　　最短路徑橋接MAC-in-MAC（SPBM）

　　IEEE 802.1aq SPBM采用IEEE 802.1ah MAC-in-MAC封裝和IS-IS路由協(xié)議，通過VLAN擴展來提供2層網(wǎng)絡虛擬化，此外還有通常與SPB相關的無環(huán)路等價成本多路徑2層轉(zhuǎn)發(fā)功能。

　　VLAN擴展可借助24位虛擬服務網(wǎng)絡（VSN）實例服務ID（I-SID）來實現(xiàn)，后者是外層MAC封裝的一部分。和其他網(wǎng)絡虛擬化解決方案不同的是，在hypervisor vSwitch或網(wǎng)卡，以及現(xiàn)有的支持IEEE 802.1ah MAC-in-MAC封裝的交換機硬件上也無須做什么改變。對SPBM而言，控制平面是IS-IS路由協(xié)議提供的。

　　正如IP/SPB IETF草案所描述的，利用外層SPBM MAC的IP封裝，還可對SPBM擴展以支持3層轉(zhuǎn)發(fā)和3層虛擬化。這一稿草案規(guī)定了SPBM節(jié)點如何執(zhí)行Inter-ISID或Inter-VLAN路由。此外，IP/SPB還可通過在網(wǎng)絡邊緣擴展虛擬路由和虛擬轉(zhuǎn)發(fā)（VRF）實例提供跨SPBM網(wǎng)絡的3層VSN，而無須也支持VRF實例的核心交換機。

　　VLAN擴展的VSN和VRF擴展的VSN可在同一個SPB網(wǎng)絡上同時運行，為多租戶環(huán)境提供隔離的2層和3層流量。有了SPBM，所有在接入或匯聚交換機上開始定義SPBM邊界的核心交換機都必須是SPBM使能的。目前可用的SPBM硬件交換機有Avaya和阿爾卡特-朗訊的。

　　其他可替代方案

　　有關網(wǎng)絡虛擬化的探討，如果沒有考慮到思科兩種協(xié)議中的至少一種，那將是不完全的，這兩種協(xié)議是：覆蓋傳輸虛擬化（OTV）和位置/ID分離協(xié)議（LISP）。

　　OTV是為數(shù)據(jù)中心內(nèi)的VLAN在WAN或互聯(lián)網(wǎng)上的擴展做了優(yōu)化的，采用的是MAC-in-IP封裝。它使用IS-IS路由協(xié)議擴展，通過將MAC地址的可到達性廣而告之，防止WAN上目的端點未知的泛洪流量。

　　LISP是一種IP-in-IP封裝技術，即便在端系統(tǒng)遷移到不同子網(wǎng)時也允許其保留IP地址（ID）。利用LISP的VM遷移性，IP各端點，如VM，便可遷移至任何地方，而不必管它們的IP地址是什么，同時又能維持客戶端流量的直接路徑路由。利用映射VRF給LISP實例ID來創(chuàng)建3層虛擬網(wǎng)絡的方法，LISP還可支持多租戶環(huán)境。此外，OpenFlow的未來版本毫無疑問還將支持某些標準的覆蓋功能。而在此之前，OpenFlow有可能提供另一種類型的網(wǎng)絡虛擬化，即通過基于分片流來隔離網(wǎng)絡流量來實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化。實現(xiàn)這一點的一個非常簡單的方法就是通過給OpenFlow控制器增加一個過濾層來隔離MAC地址集，而不必依賴VLAN。Big Switch的v0.85 Floodlight控制器已經(jīng)可提供此類功能。在多租戶環(huán)境中，OpenFlow控制器也有可能支持每個租戶一個分離控制器。

　　總結

　　網(wǎng)絡領域正處在一個劇烈變化的時代。這種巨變的主要技術推手之一就是從服務器虛擬化開始的虛擬化技術的持續(xù)發(fā)展，這一發(fā)展如今已開始影響到了網(wǎng)絡。這既包括了思科的兩個協(xié)議：覆蓋傳輸虛擬化和位置/ID分立協(xié)議，也包括了眾多基于封裝和隧道技術的新技術，如VXLAN等。此外，IT部門對SDN的關注程度也開始加速。網(wǎng)絡虛擬化就是和SDN有關的主要用例之一。


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