overlay SDN实现异构兼容的关键技术

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016287

摘要/Abstract

摘要：

云计算的规模化发展对数据中心网络提出了新的挑战，要求应用SDN技术对数据中心网络进行虚拟化，以满足多租户环境下灵活调整的动态网络需求，overlay SDN是实现数据中心网络虚拟化的核心技术。研究了overlay SDN网络虚拟化的关键技术，提出了商业overlay SDN存在的兼容性问题，分析了overlay SDN 实现异构兼容的主要方法，并提出了基于开源和白盒交换机实现异构兼容的overlay SDN架构。

关键词: overlay SDN, 异构兼容, 白盒交换机

Abstract:

Cloud computing scale development provides a new chanllenge to data center network.Data center network is required virtulizing by SDN in order to meet flexible dynamic network requireement under multi-rent environment.SDN is the core technology to realize data center virtulization.The key technology of overlay SDN network virtualization was studied,the compatibility problems remained in commercial overlay SDN products was discussed,the main methods to solve this problem was analyzed,and finally an new overlay SDN architecture based on open source software and white-box switch that could work in heterogeneous hypervisors environment was proposed.

Key words: overlay SDN, heterogeneous compatibility, white-box switch

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图/表 7

图1

表1

表2

表3

表4

图2

图3

参考文献 9

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协议类型	网络标识数量	封装方式	封装分组头长度	标准情况	支持者	优缺点
VxLAN	24 bit	UDP（端口号4789）	50 byte	RFC7348	思科、VMware、博通等	优点：支持ECMP/LB缺点：数据分组较大，要求传输网络支持大型帧
NvGRE	24 bit	GRE	42 byte	IETF草案	微软、惠普、Arista等	优点：支持非 IP，支持多播地址复用和多路单播缺点：GRE分组不被传统的负载均衡/防火墙设备支持
STT	64 bit	类TCP	54 byte	IETF过期草案	VMware/Nicira	优点：支持网卡的 TSO（TCP segmentation offload,TCP分段卸载）功能，对 CPU消耗更小；支持ECMP/LB缺点：缺乏控制面定义；技术复杂度高
Geneve	24 bit	UDP	可变，最小8 byte	ITEF草案	VMware、微软、红帽、英特尔	优点：综合其余3种隧道协议的优势，自带控制信息，扩展性好；缺点：尚不成熟

方案	方案特色	优缺点	适用场景
纯硬件方案	VTEP、VxLAN网关全部由硬件设备组成，VxLAN 3层网关集中部署	优点：性能高、与第三方虚拟化平台易异构缺点：成本高，硬件设备需支持 VxLAN，规格受设备限制，存在厂商设备锁定风险	适用于构建对租户规格要求不高，对服务、性能要求较高的大型企业私有云
纯软件方案	VTEP及VxLAN网关均为软件形态，VTEP由vSwitch实现，均部署在x86服务器上	优点：成本低，部署灵活，租户规格不受限缺点：南北向流量性能有限，兼容第三方虚拟化平台部署方案复杂	适用于构建提供大规模租户规格的公有云
软硬结合方案	VTEP为软件/硬件形态，由vSwitch/TOR 实现，VxLAN 网关由物理交换机组成	优点：成本适中，兼备纯软、纯硬组网的部分优点缺点：租户规格受南北向硬件设备限制	适用于构建对南北向出口有高性能诉求的公有云租户网络（如大型企业公有云、电商公有云、其他特定业务租户）

overlay SDN方案	支持的Hypervisor	支持的网关设备	其他厂商方案互通的能力
VMware NSX	ESXi	edge（软件）	-
阿尔卡特朗讯Nuage VSP	ESXi,KVM,Xen	VRS-G（软件）,7750（硬件）	7750网关支持EVPN协议
Juniper Contrail	KVM,Xen	MX系列路由器（硬件）	-
华为FusionNetwork	FusionCompute（基于Xen）	network node（软件）,CE系列路由器（硬件）	-
华三VCF	CSA（基于KVM）	VSR（软件）,6800、9800（硬件）	6800网关支持EVPN协议
中兴通讯	ZXCPP（基于KVM）	M6000（硬件）	M6000网关支持EVPN协议

技术路线		优势	劣势
虚拟机模式		·VNE以虚机方式部署，部署便捷；	·受限于虚拟接口性能，转发性能有较大损耗；
		·无需新增或替换现有设备；	·需占用宿主机计算资源；
		·资源灵活扩展、软件升级便捷；	·网络界面不清晰
		·对计算虚拟化接口对接要求较低
计算/网络一体模式		·转发性能较好；	·对计算虚拟化存在较高的接口开放要求；
		·部署便捷，无需更改物理网络	·占用服务器计算资源；
			·网络界面不清晰
智能网卡模式		·转发性能较好；	·与Hypervisor的对接支持需二次开发；
		·无需占用服务器计算资源	·部署较复杂，需更换服务器物理配件；
			·能力升级、扩展困难
物理交换机模式	商业交换机	·转发性能较好；	·部署较复杂，需改变现有物理网络；
		·无需占用服务器计算资源；	·设备扩容需变更硬件设备；
	白盒交换机	·网络界面清晰	·对计算虚拟化接口对接要求较高