《重构网络：SDN架构与实现》Chapter7 SDN与网络虚拟化随笔

参考：

《重构网络：SDN架构与实现》，作者：杨泽卫、李呈。

Chapter7 SDN与网络虚拟化

结构

7.1 网络虚拟化

7.1.1 为什么需要网络虚拟化技术
7.1.2 网络虚拟化

7.2 SDN与网络虚拟化

7.2.1 SDN与网络虚拟化
7.2.2 SDN实现网络虚拟化

7.3 网络虚拟化产品

7.3.1 开源产品
7.3.2 商业产品

7.4 未来研究方向

7.5 本章小结

7.1 网络虚拟化

1. 为什么需要网络虚拟化技术？

目的：将物理资源虚拟化成虚拟资源，从而实现动态、按需、弹性的资源分配，既能满足需求，又不浪费资源。

优势：

资源共享：减少资源浪费、提高资源利用率；
资源隔离：防止用户的虚拟网络之间相互影响；
资源聚合：形成一个虚拟的大型资源池，实现资源聚合，将资源能力最大化；
动态分配：在DC场景中，虚拟机动态迁移对于负载均衡来说非常重要；虚拟化技术支持资源动态分配的需求，可以很好满足DC对于资源和策略动态分配的需求；
降低管理难度：相比于物理资源，虚拟资源更容易管理。

2.物理虚拟化

网络虚拟化Network Virtualization可以归类为External Virtualization和Internal Virtualization：

External Virtualization范畴中的网络虚拟化主要表现为网络“一虚多”和“多虚一”；
Internal Virtualization范畴中的网络虚拟化指的是同一个服务器/主机上的多个虚拟机提供网络功能，向内提供虚拟资源。

p1.网卡虚拟化：物理网卡到虚拟网卡的映射；代表有VMware虚拟化技术和XEN虚拟化技术。

p2.链路虚拟化：主要分为三类，(1)物理信道复用：在同一个物理信道上创建出多个子链路；(2)带宽虚拟化：把多个子信道聚合为一个更大的虚拟子信道，提供更多的带宽；(3)数据路径虚拟化：通过数据本身划分虚拟链路，比如打Tag(VLAN)，打Tunnels(GRE, IPsec, VxLAN)。

p3.交换机虚拟化：每台服务器有多台虚拟机，虚拟交换机负责将虚拟机数据正确转发到网络。代表有OpenvSwitch(VMware)，VPP(Cisco)。新的挑战：由于ToR交换机接收的是混合流量，如何区分虚拟机流量，将网络策略部署到虚拟交换机(解决方法：虚拟机流量标识)。

p4.网络虚拟化：Overlay网络、VPN网络、VSN(Virtual Share Network)网络。

(1)Overlay网络是在现有底层网络基础之上的虚拟网络，底层网络称为Underlay网络，上层网络称为Overlay网络。基于VxLAN等隧道技术，强调物理网络上架设虚拟网络。

(2)VPN是NV的一种表现形式，它是一种架设在基础网络之上的加密通道，强调虚拟私有网络之间的连接：

私有网络1 <-> VPN承载网络 <-> 私有网络2

(3)VSN是虚拟共享网络，强调不同的虚拟网络共享同一片网络资源。

(4)三者区别：Overlay强调在底层网络上创建与底层物理网络分离的虚拟上层网络；VPN强调与公网数据的隔离，私网之间的连接；VSN强调多个虚拟网络共享资源。

7.2 SDN与网络虚拟化

1.SDN与网络虚拟化

SDN不等于NV：SDN是一种集中控制的架构，而网络虚拟化是一种网络技术，可以在物理拓扑结构上创建虚拟网络。

传统网络虚拟化需要手动逐条配置(如VLAN)，效率低成本高，在现如今的DC场景下，为了实现快速灵活部署和动态调整，必须使用自动化的部署方案。

SDN的出现为NV带来了新的解决方案，通过转控分离集中全网控制，实现了自动化业务的部署，显著缩短了业务的部署时间。

2.SDN实现网络虚拟化

(1)网络虚拟化平台：在控制平面和数据平面之间的代理，实现虚拟网络的创建和管理，一虚多以及多虚一。

(2)网络资源虚拟化：包括拓扑虚拟化、节点虚拟化和链路资源虚拟化。

拓扑虚拟化：虚拟节点、链路与物理节点、链路之间的映射；
节点资源虚拟化：节点的流表、CPU等资源的虚拟化，实现细粒度网络虚拟化；
链路资源虚拟化：交换机带宽、端口的队列等资源

(3)网络隔离：包括控制平面隔离 - 租户控制器之间互不影响，和数据平面隔离 - 节点的CPU、流表及链路带宽等资源。

(4)地址隔离：保证租户可使用任意的地址空间，实现地址隔离，主要是通过地址映射完成。在物理网络中，通过不同的物理地址，实现了地址的隔离。

tenant host1 <=> pkt(with phyIP) <=> ingress sw <=> pkt(with virIP) <=> ... <=> egress sw <=> pkt(with phyIP) <=> tenant host2

7.3 网络虚拟化产品

1.开源产品：

FlowVisor
OpenVirteX
VTN(OpenDayLight)

2.商业产品：

NSX(VMware)
ACI(Cisco)

7.4 未来研究方向

1.性能提升
2.安全与隐私
3.架构设计
4.资源发现、虚拟化和调度

2017.8