详谈数据中心网络中的四种不同类型的虚拟化技术：VXLAN、NVGRE、STT 和 SPBM

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在现代的数据中心网络中，虚拟化技术被广泛应用以提供更高的可扩展性、灵活性和效率。数据中心网络虚拟化允许多个虚拟网络在共享的物理基础设施上运行，使得网络资源的管理更为简单和高效。本文将详细介绍数据中心网络中的四种不同类型的虚拟化技术：VXLAN、NVGRE、STT 和 SPBM。

1. VXLAN（虚拟扩展局域网）

VXLAN（Virtual Extensible LAN）是一种用于数据中心网络虚拟化的技术。它被广泛用于创建大规模的虚拟网络，并提供高度隔离性和灵活性。

VXLAN 使用 24 位的 VXLAN 网络标识符（VNI）来扩展传统的以太网。它通过在原始以太网帧上添加一个额外的封装头来实现虚拟网络之间的隔离。这个封装头包含了虚拟网络的标识符、源和目的地虚拟机的 IP 地址。

VXLAN 的工作原理如下：

1. 虚拟机发送数据包到虚拟网络。

2. 虚拟交换机（VSwitch）接收数据包，并将其封装为 VXLAN 数据包。

3. 封装后的 VXLAN 数据包在物理网络上进行传输。

4. 目标虚拟交换机接收 VXLAN 数据包，并解封装以还原原始数据包。

5. 原始数据包交付给目标虚拟机。

VXLAN 的优势包括：

• 扩展性：VXLAN 支持大量的虚拟网络标识符，因此可以创建数以千计的虚拟网络。

• 隔离性：不同的虚拟网络可以在物理基础设施上共存，彼此之间相互隔离。

• 灵活性：VXLAN 可以在不同的网络基础设施上运行，包括传统的以太网、IP 网络和云环境。

2. NVGRE（网络虚拟化通用路由封装）

NVGRE（Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation）是一种用于数据中心网络虚拟化的技术，与 VXLAN 类似，但使用了不同的封装协议。

NVGRE 使用 24 位的 Tenant Network Identifier（TNI）来标识不同的虚拟网络。它将原始以太网帧封装到一个 GRE（Generic Routing Encapsulation）头中。

NVGRE 的工作原理如下：

1. 虚拟机发送数据包到虚拟网络。

2. 虚拟交换机接收数据包，并在 GRE 头中封装原始数据包。

3. 封装后的数据包在物理网络上进行传输。

4. 目标虚拟交换机接收数据包，并解封装以还原原始数据包。

5. 原始数据包交付给目标虚拟机。

NVGRE 的优势包括：

• 扩展性：NVGRE 使用 24 位的 TNI，相比之下，VXLAN 只使用了 8 位的 VNI，因此 NVGRE 支持更大数量的虚拟网络。

• 跨平台兼容性：NVGRE 可以在不同厂商的网络设备上运行，具有更广泛的兼容性。

• 简化网络管理：NVGRE 提供了对虚拟网络的灵活管理和配置选项，使网络管理员能够更方便地管理和监控虚拟网络。

3. STT（状态跟踪传输）

STT（Stateful Transport Tunneling）是一种数据中心网络虚拟化技术，与 VXLAN 和 NVGRE 不同，它不使用封装技术来创建多个虚拟网络。相反，STT 通过在数据包中添加一个额外的头部来记录数据包在网络中的状态和信息。

STT 的头部包含了源和目标虚拟机的信息，以及数据包在网络中的路径和状态信息。这使得在虚拟网络中进行流量监控、负载均衡和故障恢复等操作更加高效和灵活。

STT 的工作原理如下：

1. 虚拟机发送数据包到虚拟网络。

2. 虚拟交换机接收数据包，并在头部中记录数据包的状态和路径信息。

3. 数据包在物理网络中传输。

4. 目标虚拟交换机接收数据包，并使用头部中的信息进行流量控制和处理。

STT 的优势包括：

• 状态跟踪和监控：STT 记录了数据包在网络中的状态和路径信息，使得网络管理员可以更好地进行流量监控和故障排查。

• 灵活性和可扩展性：STT 可以根据需求进行自定义配置，适应不同的虚拟网络架构和应用场景。

然而，STT 的缺点是增加了数据包的开销，因为需要添加额外的头部来记录网络状态信息。

4. SPBM（可扩展的虚拟化桥接器）

SPBM（Shortest Path Bridging-MAC-in-MAC）是一种由 VMware 推出的虚拟化技术，用于在数据中心网络中创建和管理虚拟网络。SPBM 通过使用网络标识符和策略来实现虚拟网络的隔离和管理。

SPBM 的工作原理如下：

1. 虚拟机发送数据包到虚拟网络。

2. SPBM 引擎根据预先配置的策略，将数据包传送到目标虚拟机所在的虚拟网络。

3. 数据包在物理网络上进行传输。

4. 目标虚拟机接收数据包。

SPBM 的优势包括：

• 可扩展性：SPBM 支持大规模的虚拟网络部署，可以容纳数以千计的虚拟网络和大量的虚拟机。

• 灵活性和可编程性：SPBM 提供了丰富的网络策略和控制选项，使网络管理员能够根据需求进行灵活的配置和管理，实现定制化的网络服务。

• 高级负载均衡和路径优化：SPBM 利用最短路径桥接技术和智能的负载均衡算法，实现数据包在虚拟网络中的高效传输和路径选择。

VXLAN、NVGRE、STT 和 SPBM 是用于数据中心网络虚拟化的不同技术，每种技术都有其独特的优势和适用场景。选择适合自己需求的虚拟化技术取决于网络规模、隔离要求、性能需求和现有基础设施等因素。

总结起来，VXLAN 和 NVGRE 通过封装技术扩展了以太网，支持大规模的虚拟网络部署。STT 通过记录网络状态信息提供了更高级的网络管理功能。SPBM 作为一个可扩展的虚拟化桥接器，通过网络标识符和策略来管理虚拟网络。这些技术为数据中心网络虚拟化提供了多样化的选择，能够满足不同的需求和场景。