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Overlay网络与物理网络的关系

SDN_LAB
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发布于 2015/01/16 14:21
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    编者按:无论是云计算还是SDN都把注意力集中在数据中心网络的建设上,各种解决方案层出不穷,其中以VMware为代表的软件厂商提出Overlay网络方案后,为数据中心网络的发展提出了新的思路。那么Overlay是如何与物理网络相互依存的?

    在以往IT建设中,硬件服务器上运行的是虚拟层的计算,物理网络为了与虚拟服务器对接,需要网络自己进行调整,以便和新的计算层对接(如图1所示)。

    Overlay是在传统网络上虚拟出一个虚拟网络来,传统网络不需要在做任何适配,这样物理层网络只对应物理层的计算(物理机、虚拟化层管理网),虚拟的网络只对应虚拟计算(虚拟机的业务IP),如图2所示。

    Overlay的技术路线,其实是从架构上对数据中心的建设模式进行了颠覆,对物理设备的要求降至最低,业务完全定义在层叠网络上。那么,这是否意味着将来数据中心使用Overlay网络不需要硬件支持而只需要软件定义就足够了呢?答案无疑是否定的。

    以下讨论Overlay网络与物理网络的依存关系。由于VXLANVirtual eXtensible LAN)技术是当前最为主流的Overlay标准,以下VXLAN技术为代表进行具体描述。

1. 报文的封装与解封装

    VXLAN的核心在于承载于物理网络上的隧道技术,这就意味着要对报文进行封装和解封装,因此需要硬件来加速处理。

    在VXLAN网络中,用于建立VXLAN隧道的端点设备称为VTEPVXLAN Tunneling End PointVXLAN隧道终结点),封装和解封装在VTEP节点上进行。

    在云数据中心,部分业务是不适合进行虚拟化的(如小机服务器,高性能数据库服务器),这些服务器会直接与物理交换机互联,而他们又必须与对应租户/业务的VXLAN网络互通,此时就必须要求与其互联的硬件交换机也能支持VXLAN协议,以接入VXLAN网络。

    考虑到服务器接入的可以是虚拟交换机,也可以是物理交换机,因此存在三种不同的构建模式(如图3所示):其中网络Overlay方案中,所有终端均采用物理交换机作为VTEP节点;主机Overlay方案中,所有终端均采用虚拟交换机作为VTEP节点;混合Overlay方案中,既有物理交换机接入,又有虚拟交换机接入,且软件VTEP和硬件VTEP之间可以基于标准协议互通。

    在网络Overlay方案和混合Overlay方案中,都需要有物理交换机设备支持VXLAN协议栈,并能与虚拟交换机构建的VTEP互通。由于在实际组网环境中,服务器种类很多,高吞吐高性能要求的业务一般都采用单独物理服务器甚至小机的硬件环境,而非虚拟化的x86服务器,这就没法使用vSwitch来接入VXLAN网络,只能让支持VXLAN的物理交换机来接入了。

2. 组播协议传播

    VXLAN网络的MAC表与隧道终端的绑定关系要用组播协议传播,而大规格组播协议离不开物理网络设备的支持。

    按照VXLAN的标准,每一个VTEP都需要了解其接入的终端MAC地址,同时还需要知道整网(该VXLAN实例中)其他VTEP下所有的终端MAC地址。只有这样,在本地的VTEP收到报文后需要转发时,才能根据目的MAC查询到需要送到远端的目的VTEP那里。

    按照IETF中对VXLAN网络的定义,负责在网络中传播MAC地址和VTEP对应关系的机制,正是依托于物理网络中的组播协议。VTEP将本地的MAC地址表利用组播协议在整个组播中传播,从而使得整网中所有组播成员,也就是其他VTEP都知道本地的MAC地址表。当VTEP下的终端接入情况有所更改,如新增了MAC地址或者减少了MAC地址,也需要利用组播协议通知同一个实例下的所有VTEP。另外,当本地VTEP找不到目的MAC处于哪一个远端VTEP时,也需要发送组播报文来查找目的MAC主机所属的远端VTEP

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