网络虚拟化技术发展及未来影响

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1、网络虚拟化技术发展及未来影响2014/6/5    来源:万方数据    作者：刘方明  王彦丞  马俊     近几年，软件定义网络（SoftwareDefineNetwork，SDN）技术的发展与成熟，使得网络虚拟化可以不再基于物理网络设备实现，大大扩展了网络虚拟化的“边界”。需要强调的是，SDN不等于网络虚拟化，只是SDN这种技术非常适合实现网络虚拟化。　　笔者将介绍业界目前几种成熟的网络虚拟化技术，分别是网络设备虚拟化、链路虚拟化和虚拟网络，并探讨业界最新出现的基于SDN技术的网络虚拟化技术，以及网络虚拟化对数据中心的影响。　　一、网络设备

2、虚拟化　　1.网卡虚拟化　　网卡虚拟化（NICVirtualization）包括软件网卡虚拟化和硬件网卡虚拟化。　　（1）软件网卡虚拟化主要通过软件控制各个虚拟机共享同一块物理网卡实现。软件虚拟出来的网卡可以有单独的MAC地址、IP地址。网卡虚拟化的结构如图1所示。所有虚拟机的虚拟网卡通过虚拟交换机以及物理网卡连接至物理交换机。虚拟交换机负责将虚拟机上的数据报文从物理网口转发出去。根据需要，虚拟交换机还可以支持安全控制等功能。  图1虚拟网卡和虚拟交换机示意　　（2）硬件网卡虚拟化主要用到的技术是单根I/O虚拟化（SingleRootI/OVirt

3、ulization，SR-IOV）。所有针对虚拟化服务器的技术都是通过软件模拟虚拟化网卡的一个端口，以满足虚拟机的I/O需求，因此在虚拟化环境中，软件性能很容易成为I/O性能的瓶颈。SR-IOV是一项不需要软件模拟就可以共享I/O设备、I/O端口的物理功能的技术。SR-IOV创造了一系列I/O设备物理端口的虚拟功能（VirtualFunction，VF），每个VF都被直接分配到一个虚拟机。SR-IOV将PCI功能分配到多个虚拟接口以便在虚拟化环境中共享一个PCI设备的资源。SR-IOV能够让网络传输绕过软件模拟层，直接分配到虚拟机，这样就降低了软件

4、模拟层中的I/O开销。　　2.硬件设备虚拟化　　硬件设备虚拟化主要有两个方向：在传统的基于x86架构机器上安装特定操作系统，实现路由器的功能，以及传统网络设备硬件虚拟化。　　通常，网络设备的操作系统软件会根据不同的硬件进行定制化开发，以便设备能以最高的速度工作，比如思科公司的IOS操作系统，在不同的硬件平台需使用不同的软件版本。近年来，为了提供低成本的网络解决方案，一些公司提出了网络操作系统和硬件分离的思路。　　典型的网络操作系统是Mikrotik公司开发的RouterOS。这些网络操作系统通常基于Linux内核开发，可以安装在标准的x86架构的机

5、器上，使得计算机可以虚拟成路由器使用，并适当扩展了一些防火墙、VPN的功能。此类设备以其低廉的价格以及不受硬件平台约束等特性，占据了不少低端路由器市场。　　传统网络设备硬件（路由器和交换机）的路由功能是根据路由表转发数据报文。在很多时候，一张路由表已经不能满足需求，因此一些路由器可以利用虚拟路由转发（VirtualRoutingandForwarding，VRF）技术，将路由信息库（ForwardingInformationBase，FIB）虚拟化成多个路由转发表。　　此外，为增加大型设备的端口利用率，减少设备投入，还可以将一台物理设备虚拟化成多台

6、虚拟设备，每台虚拟设备仅维护自身的路由转发表。比如思科的N7K系列交换机可以虚拟化成多台VDC。所有VDC共享物理机箱的计算资源，但各自独立工作，互不影响。此外，为了便于维护、管理和控制，将多台物理设备虚拟化成一台虚拟设备也有一定的市场，比如H3C公司的IRF技术。　　二、链路虚拟化　　链路虚拟化是日常使用最多的网络虚拟化技术之一。常见的链路虚拟化技术有链路聚合和隧道协议。这些虚拟化技术增强了网络的可靠性与便利性。　　1.链路聚合　　链路聚合（PortChannel）是最常见的二层虚拟化技术。链路聚合将多个物理端口捆绑在一起，虚拟成为一个逻辑端口。

7、当交换机检测到其中一个物理端口链路发生故障时，就停止在此端口上发送报文，根据负载分担策略在余下的物理链路中选择报文发送的端口。链路聚合可以增加链路带宽、实现链路层的高可用性。　　在网络拓扑设计中，要实现网络的冗余，一般都会使用双链路上连的方式。而这种方式明显存在一个环路，因此在生成树计算完成后，就会有一条链路处于block状态，所以这种方式并不会增加网络带宽。如果想用链路聚合方式来做双链路上连到两台不同的设备，而传统的链路聚合功能不支持跨设备的聚合，在这种背景下出现了虚链路聚合（VirtualPortChannel，VPC）的技术。VPC很好地解决

8、了传统聚合端口不能跨设备的问题，既保障了网络冗余又增加了网络可用带宽。　　2.隧道协议　　隧道协议（TunnelingPr