802.1Qbg、802.1Qbh、802.1BR、VN-Tag的技術(shù)比較

目前在計(jì)算虛擬化與網(wǎng)絡(luò)虛擬化的邊界，出現(xiàn)了若干技術(shù)體系： 802.1Qbg，802.1Qbh，802.1BR和Cisco VN-Tag，其目的均是為了解決虛擬機(jī)與外部虛擬化網(wǎng)絡(luò)對接、關(guān)聯(lián)和感知的問題。本文在簡述這幾種技術(shù)框架基礎(chǔ)上對各自異同進(jìn)行比較，以使讀者能夠了解到不同技術(shù)的差異。

一、技術(shù)簡述

表1 各項(xiàng)技術(shù)的簡要信息

1.802.1Qbg

802.1Qbg在轉(zhuǎn)發(fā)上除了兼容傳統(tǒng)的vSwitch功能的VEB模式(Virtual Ethernet Bridging)，還有另外兩種獨(dú)特模式，VEPA（Virtual Ethernet Port Aggregator，這種模式也稱為basic VEPA模式）和Multi-Channel。

VEB模式就是服務(wù)器內(nèi)的vSwitch具備相對全面的網(wǎng)絡(luò)功能，如圖1所示。VEB模式下服務(wù)器內(nèi)部同一VLAN內(nèi)的VM(Virtual Machine 虛擬機(jī))之間信息交互直接通過vSwitch，而不必經(jīng)過外部網(wǎng)絡(luò)。這種模式下服務(wù)器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)與外部物理網(wǎng)絡(luò)相對獨(dú)立，只是標(biāo)準(zhǔn)化連通而已。服務(wù)器內(nèi)部的vSwitch也是一個(gè)網(wǎng)元，這種方式極大增加了網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元數(shù)量，使得虛擬化環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大。

圖1 VEB模式: 網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)入服務(wù)器

VEPA模式是一種簡單修改了VEB功能的模式，如圖2所示，VEPA組件從VM接收到數(shù)據(jù)后，首先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到上行接口，即外部網(wǎng)絡(luò)接口上去，如此充分利用外部網(wǎng)絡(luò)的硬件能力和高級(jí)特性。如果是服務(wù)器內(nèi)部同一VLAN內(nèi)的VM間通信，數(shù)據(jù)也需要先轉(zhuǎn)發(fā)出去，再從網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)回服務(wù)器內(nèi)尋找對應(yīng)的目的VM。這種方式簡化了服務(wù)器的vSwitch功能，并使VEPA與外部網(wǎng)絡(luò)的硬件處理結(jié)合起來，使內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)從邏輯上作為外部端口的擴(kuò)展器，看起來似乎是外部網(wǎng)絡(luò)的功能延伸到了服務(wù)器內(nèi)，所有VM對應(yīng)到一個(gè)物理的網(wǎng)絡(luò)端口。這種方式下對廣播/組播的處理相對復(fù)雜，數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入服務(wù)器后，由VEPA部件進(jìn)行廣播和組播的復(fù)制。

圖2 VEPA模式: 服務(wù)器內(nèi)支持部分網(wǎng)絡(luò)功能

Multi-Channel是一種更加簡化的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，這種架構(gòu)消除了服務(wù)器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)特征，而以邏輯通道的形式將VM間接連通到了外部物理網(wǎng)絡(luò)上。最佳的方式就是一個(gè)VM接在一個(gè)通道上，每個(gè)通道單獨(dú)終結(jié)在物理交換機(jī)上，終結(jié)點(diǎn)作為交換機(jī)的虛擬端口(vPort)。這種模式的廣播/組播處理比較集中，如果每個(gè)VM連接到一個(gè)vPort下，則到多個(gè)VM的廣播/組播需要由外部物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備復(fù)制，將報(bào)文復(fù)制到各個(gè)VM對應(yīng)的vPort，然后通過各個(gè)通道進(jìn)入服務(wù)器，服務(wù)器內(nèi)不需要再對報(bào)文進(jìn)行處理，直接基于通道送給VM。

圖3 Multi-Channel模式: 網(wǎng)絡(luò)功能只在服務(wù)器外部

2.802.1Qbh/802.1BR/VN-Tag

802.1Qbh作為DCB數(shù)據(jù)中心協(xié)議族之一，由Cisco提出，目前已經(jīng)終止，Cisco另外提出了802.1BR協(xié)議，兩者在細(xì)節(jié)上有較大差異，但是原理上一致。VN-Tag是Cisco的私有技術(shù)，曾經(jīng)在IEEE提出，經(jīng)過一段時(shí)間討論后被廢除，目前仍在Cisco自己的解決方案中使用。

Cisco提出的這幾種技術(shù)，都是從網(wǎng)絡(luò)角度，將網(wǎng)絡(luò)的功能、邏輯進(jìn)行延伸，進(jìn)入服務(wù)器并與虛擬化技術(shù)連接，在標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)里稱為PE，Port Extender，在其私有技術(shù)實(shí)現(xiàn)里稱為FE， Fabric Extender。在虛擬化的角度上，PE/FE與802.1Qbg的Multi-Channel功能非常相似，PE/FE作為可擴(kuò)展部件是可以級(jí)聯(lián)的，并且Cisco也專門定義了這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形態(tài)，實(shí)際上Multi-Channel 的部件也是可以級(jí)聯(lián)的，但是HP并不強(qiáng)調(diào)Multi-Channel部件的實(shí)物形態(tài)(從網(wǎng)絡(luò)性能、密度不斷增強(qiáng)的角度看，HP認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需以一個(gè)擴(kuò)展器出現(xiàn))；所不同的是PE/FE將組播/廣播功能進(jìn)行了性能的優(yōu)化，如圖4所示，PE/FE可以在每一級(jí)上逐步進(jìn)行組播/廣播的復(fù)制，從而減輕網(wǎng)絡(luò)端的復(fù)制壓力，圖3的Multi-Channel則是網(wǎng)絡(luò)端進(jìn)行組播/廣播復(fù)制。

圖4 802.1Qbh/802.1BR/VN-Tag模式: 部分網(wǎng)絡(luò)功能回復(fù)到服務(wù)器內(nèi)

在虛擬化技術(shù)中，對上述所有的VEB(vSwitch)、Multi-Channel、802.1Qbh/802.1BR/VN-Tag部件，通稱為ER(Edge Relay)。

二、技術(shù)比較

1.報(bào)文格式差異

802.1Qbg的VEB/VEPA

802.1Qbg的VEB/VEPA都是正常的802.1Q以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式，如圖5所示

圖5 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀

VEPA本身只是VEB工作模式的一個(gè)簡單修改，不涉及數(shù)據(jù)層面的格式修改問題。從技術(shù)層面來看，使得已經(jīng)部署了虛擬化的計(jì)算環(huán)境可以快速向網(wǎng)絡(luò)的虛擬化感知能力演進(jìn)。

802.1Qbg的Multi-Channel

802.1Qbg的Multi-Channel則采用了通用的QinQ數(shù)據(jù)格式，如圖6所示，外層Tag所帶的VLAN稱為S-VLAN，用于標(biāo)識(shí)虛擬機(jī)所連接的本地通道號(hào)，此Tag只在交換機(jī)物理端口與服務(wù)器網(wǎng)卡之間本地有效，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)后會(huì)被剝離；內(nèi)層Tag所帶VLAN稱為C-VLAN，用于標(biāo)識(shí)VM的業(yè)務(wù)VLAN，在VM提供應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)有效，是全局使用的。

圖6 Multi-Channel報(bào)文

Multi-Channel雖然在服務(wù)器內(nèi)部采用了一種新的數(shù)據(jù)格式，但是也是一種成熟QinQ技術(shù)的新環(huán)境應(yīng)用，對QinQ內(nèi)容進(jìn)行新的技術(shù)解釋，以此簡化服務(wù)器內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

802.1Qbh

802.1Qbh的報(bào)文在以太網(wǎng)幀格式中插入了一個(gè)E-TAG標(biāo)記如圖7所示，用于標(biāo)記VM連接的通道和映射到交換機(jī)的虛端口。圖8則展示了標(biāo)準(zhǔn)中初步定義的E-TAG擴(kuò)展字段基本內(nèi)容。

圖7 802.1Qbh報(bào)文

圖8 802.1Qbh中的報(bào)文標(biāo)簽

802.1Qbh以明確標(biāo)出通道(Channel ID)的方式，在數(shù)據(jù)內(nèi)容中顯式標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)的源端，并支持?jǐn)?shù)據(jù)復(fù)制能力，這也是對性能的局部優(yōu)化。此處需要補(bǔ)充一下，802.1Qbh的數(shù)據(jù)格式是經(jīng)過了兩個(gè)階段的，以前叫M-Tag，后來才演進(jìn)到E-TAG方式，兩者之間定義有所差異。

802.1BR

802.1BR是802.1Qbh的替代協(xié)議，但基本內(nèi)容有所修改，報(bào)文在以太網(wǎng)幀格式中插入了一個(gè)E-TAG標(biāo)記如圖9所示，用于標(biāo)記VM連接的通道和映射到交換機(jī)的虛端口,差異處是將802.1Qbh中原來保留的字段進(jìn)行了明確定義。圖10則展示了標(biāo)準(zhǔn)中初步定義的E-TAG擴(kuò)展字段基本內(nèi)容。

圖9 802.1BR的報(bào)文格式

圖10 802.1BR中的報(bào)文標(biāo)簽

802.1BR與802.1Qbh本身是同一技術(shù)，只是將通道屬性信息填充到了保留位，前者在通道控制上更靈活。

VN-Tag

VN-Tag是Cisco私有技術(shù)，曾經(jīng)宣稱其FE/PE設(shè)備能夠同時(shí)兼容802.1Qbh和802.1BR。如圖11所示，報(bào)文在以太網(wǎng)幀格式中插入了一個(gè)VN-TAG標(biāo)記，用于標(biāo)記VM連接的通道和映射到交換機(jī)的虛端口。圖12則展示了標(biāo)準(zhǔn)中初步定義的E-TAG擴(kuò)展字段基本內(nèi)容。

圖11 VN-Tag的報(bào)文格式

圖12 VN-Tag中的報(bào)文標(biāo)簽(包含了EtherType)

從VN-Tag與802.1BR/802.1Qbh報(bào)文顯著的差異來看，兩者之間是無法互相解釋的，Cisco在產(chǎn)品中說VN-tag的設(shè)備會(huì)同時(shí)兼容802.1Qbh，應(yīng)該難度較大，一則VN-Tag出來的早，802.1Qbh討論比較晚(802.1Qbh的報(bào)文格式兩個(gè)階段也是不同的)；，二則802.1Qbh廢除后到了802.1BR，格式更加不一樣了。

2.轉(zhuǎn)發(fā)差異

表1轉(zhuǎn)發(fā)差異比較

3.控制協(xié)議差異

表2控制協(xié)議比較

4.對比小結(jié)

從技術(shù)模型的比較可看出，802.1BR的功能完全是網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器內(nèi)的擴(kuò)展，針對VM的連接、感知并沒有定義內(nèi)容，因此如果在此基礎(chǔ)上疊加802.1Qbg VDP協(xié)議，并進(jìn)行一些802.1BR的修改，從技術(shù)角度上也是可以支持一定的VM關(guān)聯(lián)感知能力；802.1Qbg和VN-Tag具有比較完善的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與VM關(guān)聯(lián)感知能力，所不同的是802.1Qbg定義了分工明確的協(xié)議，并且由網(wǎng)絡(luò)部件和服務(wù)器內(nèi)ER部件交互完成，標(biāo)準(zhǔn)化互通方式靈活，而VN-Tag的VIC協(xié)議并未定義在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與ER之間，而是管理系統(tǒng)與ER之間，具有較大封閉性。

三、結(jié)束語

802.1Qbg當(dāng)前已經(jīng)獲得主流廠家的支持，如IBM、HP、H3C基本可以提供標(biāo)準(zhǔn)化的方案；802.1BR尚沒有產(chǎn)品化，并且在802.1BR的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)VM感知，還是需要使用802.1Qbg的控制協(xié)議；VN-Tag在Cisco網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，其服務(wù)器需要使用支持VN-Tag的網(wǎng)卡來與網(wǎng)絡(luò)配套。

基于標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，各個(gè)廠家也會(huì)逐步在產(chǎn)品對接上開始互通性工作，包括在虛擬化系統(tǒng)、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡(luò)等的底層設(shè)備級(jí)，以及管理系統(tǒng)的上層接口級(jí)逐步形成完善的交互體系。

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