云计算中的网络知识点框架 - 好文

计算、存储和网络是云计算的基础，网络是较复杂的一环；计算存储技术相对成熟稳定，而在网络领域中运营商体系、计算厂商体系和网络厂商体系的不同利益诉求，目前还处于变化之中，比如以运营商为代表的ONOS、网络厂商为代表ODL、计算厂商为代表的NSX和每家深度定制的SDN控制器；OVS、vRouter、openstack
bridge、厂家交换机、白盒交换机、厂家NFV和运营商定制vRouter多种产品形态；网络领域比较繁杂，本文帮助大家从技术角度分门归类，化繁为简，方便大家进一步研究云计算技术；


不管是云计算的网络，还是传统互联网的网络，网络的定位和原理是不变的，只是设备形态、网络协议变化了，所以本文分两部分，一部分介绍不变的网络原理涉及的知识点，一部分介绍各个设备形态和网络协议的变种；
     一、不变的网络原理
            云计算涉及三方面网络技术：1、L2转发；2、L3路由；3、VPN技术


目前主流的网络协议栈二层是MAC，三层是IP，数据报文是从源主机一跳一跳送到目的主机的，IP的每一跳跨越了一个2层链路的网段、2层的每一跳跨越了的一个1层物理的网段；(严格的定义太繁杂，比如EoverSDH，这里是示意)

            L3路由设备根据报文中的目的IP，从路由表中找到目的IP的下一跳的IP，然后从ARP表中再找到下一跳IP对应的二层MAC地址，修改报文的目的MAC，然后将报文发送给下一跳；如果下一跳是路由器，同样方式将报文发送到下下一跳；如果下一跳是主机，那么报文就发送到主机了；

            L2交换设备根据报文中的目的MAC，从转发表中找到出端口，将报文发送到下一个设备，下一个设备可以是L2交换设备、L3路由设备或主机，最终相当于完成了3层的IP一跳转发任务

     VPN技术：虚拟私有网技术，主要是满足多个租户网络隔离的需要，每个租户感觉自己有一个独有的网络，但实际物理上只有一套物理设备，VPN技术主要有如下几种实现方式，1、传统网络设备厂商采用分布式网络操作系统，每个虚拟设备起一套OS，这种方式一般最多划分10几个虚拟设备，不适合云数据中心大量虚拟网络的需要，2、传统网络设备厂商为每个VPN分配一套转发表实例VNI，这个数量可以满足云数据中心需要，但是转发表的功能比较简单，所以用于虚拟L2交换设备，比如VxLAN的2层网关，3、NFV厂家和近期传统厂商采用的方式，为每个虚机或容量上部署一个网络设备，通过x86应用完成转发处理功能，这种方式比较占计算资源，性能也较硬件方案低，但是功能丰富，定制能力强，一般用着对功能要求较多的L3网关上，比如VxLAN三层网关、负载均衡、NAT；4、Linux内核方式，没画上，这种一般占用内核上面VM的计算资源，一般用于虚拟L2交换设备，比如VLAN虚拟网桥、VxLAN的2层网关

     二、各种设备形态和网络协议，

       L2交换功能的变种：传统交换机、传统三层交换机，在Linux内核的bridge、linux内核的OVS、x86的OVSvAPP，x86白盒交换机(华为CE1800v、华三VSR)、ASIC白盒交换机等等；

        L3路由功能的变种：传统路由器、linux内核VR、linux内核的OVS、x86的OVSvAPP，x86的VR应用(运营商定制开发)，x86白盒交换机(华为CE1800v、华三VSR)等等
        L2网络协议的变种：FLAT、VLAN、VPLS、TRILL、VxLAN、NvGRE等等

L3网络协议的变种：FLAT路由、MLPS三层VPN、ASIC硬件设备的vRouter、X86的vRouter、基于流表的"vRouter"等等

为什么出现了多种设备形态和网络协议？总的来说，与技术发展历程、团体利益、功能、性能、架构、运维多方面因素有关，而不只技术因素；比如1、openstack中的二层交换机bridge的出现原因是虚拟机与外界网络要互联，另外计算和网络要解耦，架构清晰；那又出现OVSvApp虚拟化交换机，OVS功能更丰富、架构上可以计算和网络解耦；2、openstack自带的vRouter功能非常薄弱为什么还存在，因为openstack团队可以不依赖硬件或NFV这些厂商独立调试openstack的其它模块功能；3、Vxlan为什么替代TRILL作为主流的原因是Vxlan兼容现有网络，云计算可以先部署发展再进行优化，比如后续出现的思科Segment
routing以及华为RR+等技术就可以对Vxlan进行优化；以后出现新的变种也可以通过以上因素对这些变种进行归类；


下面这幅图是典型的某大型云数据中心采用的基本网络架构，VM--bridge(内核)--VxLAN交换机(内核)--vRouter(VM上)--Router--互联网,
VM发送的报文进入内核的网桥，打上这个租户的VLAN，然后进入内核的VxLAN，将VLAN映射成租户的VxLAN，然后转发给vRouter，vRouter解掉VxLAN标签，然后根据目的IP转发Router，Router转发到internet；；当然实际要比这个复杂，比如NAT，防火墙等等处理，这类示意主要转发流程；

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