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

目前在計算虛擬化與網(wǎng)絡虛擬化的邊界，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與外部虛擬化網(wǎng)絡對接、關(guān)聯(lián)和感知的問題。本文在簡述這幾種技術(shù)框架基礎上對各自異同進行比較，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模式就是服務器內(nèi)的vSwitch具備相對全面的網(wǎng)絡功能，如圖1所示。VEB模式下服務器內(nèi)部同一VLAN內(nèi)的VM(Virtual Machine 虛擬機)之間信息交互直接通過vSwitch，而不必經(jīng)過外部網(wǎng)絡。這種模式下服務器內(nèi)的網(wǎng)絡與外部物理網(wǎng)絡相對獨立，只是標準化連通而已。服務器內(nèi)部的vSwitch也是一個網(wǎng)元，這種方式極大增加了網(wǎng)絡中的網(wǎng)元數(shù)量，使得虛擬化環(huán)境下網(wǎng)絡規(guī)模很大。

圖1 VEB模式: 網(wǎng)絡功能進入服務器

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)絡接口上去，如此充分利用外部網(wǎng)絡的硬件能力和高級特性。如果是服務器內(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)絡轉(zhuǎn)發(fā)回服務器內(nèi)尋找對應的目的VM。這種方式簡化了服務器的vSwitch功能，并使VEPA與外部網(wǎng)絡的硬件處理結(jié)合起來，使內(nèi)外網(wǎng)絡相關(guān)聯(lián)，內(nèi)部網(wǎng)絡從邏輯上作為外部端口的擴展器，看起來似乎是外部網(wǎng)絡的功能延伸到了服務器內(nèi)，所有VM對應到一個物理的網(wǎng)絡端口。這種方式下對廣播/組播的處理相對復雜，數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡進入服務器后，由VEPA部件進行廣播和組播的復制。

圖2 VEPA模式: 服務器內(nèi)支持部分網(wǎng)絡功能

Multi-Channel是一種更加簡化的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，這種架構(gòu)消除了服務器內(nèi)的網(wǎng)絡特征，而以邏輯通道的形式將VM間接連通到了外部物理網(wǎng)絡上。最佳的方式就是一個VM接在一個通道上，每個通道單獨終結(jié)在物理交換機上，終結(jié)點作為交換機的虛擬端口(vPort)。這種模式的廣播/組播處理比較集中，如果每個VM連接到一個vPort下，則到多個VM的廣播/組播需要由外部物理網(wǎng)絡設備復制，將報文復制到各個VM對應的vPort，然后通過各個通道進入服務器，服務器內(nèi)不需要再對報文進行處理，直接基于通道送給VM。

圖3 Multi-Channel模式: 網(wǎng)絡功能只在服務器外部

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)絡角度，將網(wǎng)絡的功能、邏輯進行延伸，進入服務器并與虛擬化技術(shù)連接，在標準化技術(shù)里稱為PE，Port Extender，在其私有技術(shù)實現(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作為可擴展部件是可以級聯(lián)的，并且Cisco也專門定義了這樣一個網(wǎng)絡設備形態(tài)，實際上Multi-Channel 的部件也是可以級聯(lián)的，但是HP并不強調(diào)Multi-Channel部件的實物形態(tài)(從網(wǎng)絡性能、密度不斷增強的角度看，HP認為網(wǎng)絡設備無需以一個擴展器出現(xiàn))；所不同的是PE/FE將組播/廣播功能進行了性能的優(yōu)化，如圖4所示，PE/FE可以在每一級上逐步進行組播/廣播的復制，從而減輕網(wǎng)絡端的復制壓力，圖3的Multi-Channel則是網(wǎng)絡端進行組播/廣播復制。

圖4 802.1Qbh/802.1BR/VN-Tag模式: 部分網(wǎng)絡功能回復到服務器內(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)部署了虛擬化的計算環(huán)境可以快速向網(wǎng)絡的虛擬化感知能力演進。

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，用于標識虛擬機所連接的本地通道號，此Tag只在交換機物理端口與服務器網(wǎng)卡之間本地有效，進入網(wǎng)絡后會被剝離；內(nèi)層Tag所帶VLAN稱為C-VLAN，用于標識VM的業(yè)務VLAN，在VM提供應用的網(wǎng)絡范圍內(nèi)有效，是全局使用的。

圖6 Multi-Channel報文

Multi-Channel雖然在服務器內(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)境應用，對QinQ內(nèi)容進行新的技術(shù)解釋，以此簡化服務器內(nèi)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

802.1Qbh

802.1Qbh的報文在以太網(wǎng)幀格式中插入了一個E-TAG標記如圖7所示，用于標記VM連接的通道和映射到交換機的虛端口。圖8則展示了標準中初步定義的E-TAG擴展字段基本內(nèi)容。

圖7 802.1Qbh報文

圖8 802.1Qbh中的報文標簽

802.1Qbh以明確標出通道(Channel ID)的方式，在數(shù)據(jù)內(nèi)容中顯式標識數(shù)據(jù)的源端，并支持數(shù)據(jù)復制能力，這也是對性能的局部優(yōu)化。此處需要補充一下，802.1Qbh的數(shù)據(jù)格式是經(jīng)過了兩個階段的，以前叫M-Tag，后來才演進到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，報文在以太網(wǎng)幀格式中插入了一個E-TAG標記如圖9所示，用于標記VM連接的通道和映射到交換機的虛端口,差異處是將802.1Qbh中原來保留的字段進行了明確定義。圖10則展示了標準中初步定義的E-TAG擴展字段基本內(nèi)容。

圖9 802.1BR的報文格式

圖10 802.1BR中的報文標簽

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設備能夠同時兼容802.1Qbh和802.1BR。如圖11所示，報文在以太網(wǎng)幀格式中插入了一個VN-TAG標記，用于標記VM連接的通道和映射到交換機的虛端口。圖12則展示了標準中初步定義的E-TAG擴展字段基本內(nèi)容。

圖11 VN-Tag的報文格式

圖12 VN-Tag中的報文標簽(包含了EtherType)

從VN-Tag與802.1BR/802.1Qbh報文顯著的差異來看，兩者之間是無法互相解釋的，Cisco在產(chǎn)品中說VN-tag的設備會同時兼容802.1Qbh，應該難度較大，一則VN-Tag出來的早，802.1Qbh討論比較晚(802.1Qbh的報文格式兩個階段也是不同的)；，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)絡向服務器內(nèi)的擴展，針對VM的連接、感知并沒有定義內(nèi)容，因此如果在此基礎上疊加802.1Qbg VDP協(xié)議，并進行一些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)絡擴展與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)絡部件和服務器內(nèi)ER部件交互完成，標準化互通方式靈活，而VN-Tag的VIC協(xié)議并未定義在網(wǎng)絡設備與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當前已經(jīng)獲得主流廠家的支持，如IBM、HP、H3C基本可以提供標準化的方案；802.1BR尚沒有產(chǎn)品化，并且在802.1BR的基礎上實現(xiàn)VM感知，還是需要使用802.1Qbg的控制協(xié)議；VN-Tag在Cisco網(wǎng)絡產(chǎn)品上已經(jīng)實現(xiàn)，其服務器需要使用支持VN-Tag的網(wǎng)卡來與網(wǎng)絡配套。

基于標準化技術(shù)實現(xiàn)上，各個廠家也會逐步在產(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)絡等的底層設備級，以及管理系統(tǒng)的上層接口級逐步形成完善的交互體系。

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