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搭建大規(guī)模的云計(jì)算環(huán)境需要數(shù)據(jù)中心突破多種技術(shù)難題，其中虛擬化是云計(jì)算最為顯著的特征。要滿足虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心任意網(wǎng)絡(luò)位置之間都可以無(wú)感知遷移，就需要引入一些新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，Overlay技術(shù)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的。Overlay技術(shù)指的是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上疊加的虛擬化技術(shù)模式，其大體框架是對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)不進(jìn)行大規(guī)模修改的條件下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)上的承載，并能與其它網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分離，并且以基于IP的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主。Overlay可以理解是一種隧道封裝技術(shù)，這樣大家都不會(huì)陌生，像IPv4inIPv4、GRE、MPLS等都是典型的隧道技術(shù)，相當(dāng)于直接在源網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)之間直接拉了一根“光纖”。不過(guò)，現(xiàn)有的這些隧道技術(shù)都是點(diǎn)到點(diǎn)的隧道協(xié)議，只能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)建立隧道。Overlay技術(shù)是通過(guò)點(diǎn)到多點(diǎn)的隧道封裝協(xié)議，完全忽略中間網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)，把整個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)虛擬成一臺(tái)“巨大無(wú)比的二層交換機(jī)”， 實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)里隨時(shí)隨地遷移。同時(shí)，Overlay技術(shù)中采用擴(kuò)展的隔離標(biāo)識(shí)位數(shù)，能夠突破VLAN的4094個(gè)數(shù)量限制，支持高達(dá)16M用戶，并在必要時(shí)可將廣播流量轉(zhuǎn)化為組播流量，避免廣播數(shù)據(jù)泛濫。Overlay網(wǎng)絡(luò)可以分為網(wǎng)絡(luò)Overlay，主機(jī)Overlay和混合式Overlay三大技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)Overlay

網(wǎng)絡(luò)Overlay指的是隧道封裝在物理交換機(jī)上完成，通過(guò)控制協(xié)議對(duì)邊緣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)Overlay是基于目前數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)面臨的問(wèn)題而出現(xiàn)的，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)普遍采用STP環(huán)網(wǎng)技術(shù)，后來(lái)出現(xiàn)了虛擬化，如今虛擬化技術(shù)已經(jīng)飛入尋常數(shù)據(jù)中心中，但可以進(jìn)行虛擬化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量畢竟有限，對(duì)于大型的數(shù)據(jù)中心接入網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都會(huì)有數(shù)千臺(tái)，為解決大規(guī)模環(huán)網(wǎng)問(wèn)題出現(xiàn)了EVI、TRILL、VPLS、LISP、VXLAN等等新技術(shù)，其中Trill的升級(jí)版就是網(wǎng)絡(luò)Overlay，網(wǎng)絡(luò)Overlay依仗的主要技術(shù)就是VXLAN。在網(wǎng)絡(luò)Overlay中，要求所有的物理接入交換機(jī)都能支持VXLAN，物理服務(wù)器支持SR-IOV功能，使虛擬機(jī)通過(guò)SR-IOV技術(shù)直接與物理交換機(jī)相連，虛擬機(jī)的流量在接入交換機(jī)上進(jìn)行VXLAN報(bào)文的封裝和卸載，對(duì)于非虛擬化服務(wù)器，直接連接支持VXLAN接入交換機(jī)，服務(wù)器流量在接入交換機(jī)上進(jìn)行VXLAN報(bào)文封裝和卸載。在VXLAN網(wǎng)絡(luò)和VLAN網(wǎng)絡(luò)之間要部署VXLAN GW交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)VXLAN網(wǎng)絡(luò)主機(jī)與VLAN網(wǎng)絡(luò)主機(jī)之間的通信。目前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主流芯片已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了VXLAN技術(shù)，對(duì)于在數(shù)據(jù)中心里部署網(wǎng)絡(luò)Overlay提供了可能。網(wǎng)絡(luò)Overlay的優(yōu)勢(shì)在于物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能轉(zhuǎn)發(fā)性能比較高，可以支持非虛擬化的物理服務(wù)器之間的組網(wǎng)互通。

主機(jī)Overlay

主機(jī)Overlay指的是隧道封裝在服務(wù)器的vSwitch上完成，不用增加新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可完成Overlay部署，可以支持虛擬化的服務(wù)器之間組網(wǎng)互通。主機(jī)Overlay使用服務(wù)器上的vSwitch軟件實(shí)現(xiàn)VXLAN網(wǎng)絡(luò)功能，VXLAN技術(shù)中的VTEP、VXLAN GW、VXLAN IP GW 均通過(guò)安裝在服務(wù)器上的vSwitch軟件實(shí)現(xiàn)，只需要物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持IP轉(zhuǎn)發(fā)即可，所有IP可達(dá)的主機(jī)即可構(gòu)建一個(gè)大范圍二層網(wǎng)絡(luò)。這種主機(jī)Overlay技術(shù)實(shí)現(xiàn)，屏蔽了物理網(wǎng)絡(luò)的模型與拓?fù)洳町悾瑢⑽锢砭W(wǎng)絡(luò)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)與計(jì)算虛擬化的關(guān)鍵要求分離開來(lái)，幾乎可以支持以太網(wǎng)在任意網(wǎng)絡(luò)上的透?jìng)?，使得云的?jì)算資源調(diào)度范圍空前擴(kuò)大。為了使得VXLAN Overlay網(wǎng)絡(luò)更加簡(jiǎn)化運(yùn)行管理，便于云的服務(wù)提供，各廠家使用集中控制的模型，將分散在多個(gè)物理服務(wù)器上的vSwitch構(gòu)成一個(gè)大型的、虛擬化的分布式Overlay vSwitch，只要在分布式vSwitch范圍內(nèi)，虛擬機(jī)在不同物理服務(wù)器上的遷移，便被視為在一個(gè)虛擬的設(shè)備上遷移，如此大大降低了云中資源的調(diào)度難度和復(fù)雜度。主機(jī)Overlay是很多IT廠商主推的技術(shù)，意圖明顯希望借用其在服務(wù)器領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，壓縮網(wǎng)絡(luò)廠商的發(fā)揮空間，網(wǎng)絡(luò)廠商自然不甘示弱，大力推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)Overlay技術(shù)，在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)里，兩種技術(shù)爭(zhēng)得不亦樂(lè)乎。

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)Overlay和主機(jī)Overlay兩種技術(shù)，目前還不好說(shuō)孰優(yōu)孰劣，各有各的優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)也不同。首先是MAC和ARP地址容量的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)Overlay通過(guò)基于會(huì)話的MAC學(xué)習(xí)來(lái)擴(kuò)充MAC地址容量，主機(jī)Overlay則是通過(guò)L2oIP數(shù)據(jù)封裝來(lái)擴(kuò)充MAC地址容量;其次VLAN容量問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)Overlay和主機(jī)Overlay都通過(guò)VXLAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可提供16M的VLAN標(biāo)識(shí)，可以滿足多業(yè)務(wù)隔離的需求;再次虛擬機(jī)遷移問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)Overlay采用大二層設(shè)計(jì)，主推Fabric Path和Trill應(yīng)用，主機(jī)Overlay更加強(qiáng)調(diào)隧道封裝，不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)是二層和三層，通過(guò)主機(jī)Overlay可以很好地實(shí)現(xiàn)異地?cái)?shù)據(jù)中心之間虛擬機(jī)遷移。

混合式Overlay

主機(jī)Overlay是一個(gè)全部靠軟件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，主要應(yīng)用在全部計(jì)算虛擬化的場(chǎng)景中。這種場(chǎng)景沒(méi)有考慮到虛擬化計(jì)算資源和非虛擬化計(jì)算資源的互通，主機(jī)Overlay方案與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互通時(shí)，連接也比較復(fù)雜。虛擬網(wǎng)絡(luò)完全由服務(wù)器vSwitch軟件構(gòu)建，對(duì)于VXLAN和非VXLAN互通的轉(zhuǎn)換全靠軟件技術(shù)，轉(zhuǎn)換性能存在瓶頸，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn) VXLAN IP GW很可能會(huì)成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。網(wǎng)絡(luò)Overlay是一種由物理接入交換機(jī)組成Overlay邊緣設(shè)備的技術(shù)，這種場(chǎng)景下接入交換機(jī)需要支持VXLAN，而不需要軟件支持。但網(wǎng)絡(luò)Overlay方案與虛擬機(jī)相連，需要通過(guò)一些特殊的要求或技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)與VTEP的對(duì)接，組網(wǎng)上不夠靈活。如此一來(lái)，單純部署每一種技術(shù)時(shí)都存在一定限制。最理想的組網(wǎng)方案應(yīng)該是一個(gè)結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)Overlay與主機(jī)Overlay兩種方案優(yōu)勢(shì)的混合Overlay方案。 混合Overlay指的是采用網(wǎng)絡(luò)Overlay和主機(jī)Overlay的混合組網(wǎng)，可以支持物理服務(wù)器和虛擬服務(wù)器之間的組網(wǎng)互通?；旌螼verlay采用軟硬件結(jié)合的方式，使得軟硬件都能發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，也保障了Overlay網(wǎng)絡(luò)的整體性能。

數(shù)據(jù)中心里三大Overlay技術(shù)，實(shí)際上可以說(shuō)是兩種Overlay技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)Overlay、主機(jī)Overlay，采用三大Overlay技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心上云計(jì)算應(yīng)用大規(guī)模部署，是新一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。