虚拟化之争：NVGRE与VXLAN的全面对比

网络技术联盟站

发布于 2023-10-08 10:23:29

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发布于 2023-10-08 10:23:29

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NVGRE与VXLAN都是用于虚拟化数据中心网络的技术，它们旨在解决传统网络架构中的一些问题，如隔离、伸缩性和性能。尽管它们的目标相似，但它们在实现方式和一些关键方面存在区别。本文将深入研究NVGRE和VXLAN，探讨它们的异同点以及它们在不同场景下的优劣势。

让我们直接开始！

NVGRE
- NVGRE工作原理
- NVGRE特点
VXLAN
- VXLAN工作原理
- VXLAN特点
NVGRE 与 VXLAN 对比
总结

虚拟化技术的崛起已经改变了数据中心的运行方式，使得在同一物理基础设施上运行多个虚拟机成为可能。然而，传统的数据中心网络设计并不适应这种新型应用的需求，因此需要一种新的方法来解决这些问题。NVGRE和VXLAN就是为此而生的。

NVGRE

NVGRE（Network Virtualization using Generic Routing Encapsulation）是一种网络虚拟化方法，它旨在解决传统的虚拟局域网（VLAN）在复杂虚拟化环境中的限制。

NVGRE工作原理

NVGRE工作原理涉及数据包的封装，将虚拟网络标识符（TNI）添加到数据包中，通过现有IP网络传输数据包，然后在目标主机上进行解封装和交付。这使得大规模虚拟网络在物理基础设施上更加灵活和可扩展。NVGRE是一种用于解决虚拟网络扩展性问题的有效技术。

虚拟网络标识符（TNI）：
- NVGRE引入了一个24位的虚拟网络标识符（Tenant Network Identifier，TNI），用于标识不同的虚拟网络或租户。每个TNI对应一个独立的虚拟网络，允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上运行，而不会相互干扰。
数据包封装：
- 源MAC地址：表示发送VM的MAC地址。
- 目标MAC地址：表示接收VM的MAC地址。
- TNI：24位的虚拟网络标识符。
- 原始以太网帧：包括源MAC地址、目标MAC地址、以太网协议类型（通常是IPv4或IPv6）等。
- 当虚拟机（VM）之间进行通信时，其数据包将被封装成NVGRE数据包。
- NVGRE数据包的格式包括：

传输网络：
- NVGRE数据包通过现有的IP网络进行传输，包括物理网络或虚拟化网络。
- 在传输过程中，NVGRE数据包的IP头部信息用于路由和传递，而TNI用于识别目标虚拟网络。
解封装：
- 当NVGRE数据包到达目标虚拟网络的VM所在的主机时，主机将进行解封装。
- 它将从NVGRE数据包中提取原始以太网帧，将其交给目标VM进行处理。
学习和维护MAC地址表：
- NVGRE主机会维护一个MAC地址表，用于将虚拟机的MAC地址映射到TNI。
- 当主机接收到NVGRE数据包时，它会查找MAC地址表以确定数据包应该传递给哪个VM。
广播和组播支持：
- NVGRE通常使用广播和组播来支持虚拟网络内的通信。这允许虚拟机进行广播和组播操作，以便满足一些网络协议（如ARP和邻居发现）的需求。

NVGRE特点

网络虚拟化目标：NVGRE的主要目标之一是为多租户和负载均衡网络提供更大的虚拟局域网（VLAN）数量。传统的VLAN数量有限，这在大型数据中心或分布式云环境中可能会受到限制。NVGRE旨在克服这一限制，使得更多的虚拟网络可以在同一物理基础设施上运行。
封装和隧道：NVGRE使用封装技术来实现虚拟网络的隔离。它在虚拟机之间的通信中封装数据包，并通过隧道技术将它们传输到目标虚拟机。这允许虚拟机之间的通信似乎是直接的，而无需考虑底层物理网络。
跨数据中心扩展性：NVGRE的设计考虑到了跨分散的数据中心的需求。它可以用于扩展虚拟网络跨越不同的物理位置，从而支持分布式数据中心架构。

VXLAN

VXLAN（Virtual Extensible LAN）是一种网络虚拟化技术，旨在解决大型云计算数据中心虚拟网络不足的问题。它允许网络管理员扩展虚拟局域网（VLAN）的地址空间，以支持更多的虚拟网络，并为每个虚拟网络提供独立的标识符。

VXLAN工作原理

VXLAN工作原理涉及数据包的封装，将虚拟网络标识符（VNI）添加到数据包中，通过现有IP网络传输数据包，然后在目标主机上进行解封装和交付。这使得大规模虚拟网络在物理基础设施上更加灵活和可扩展。

VXLAN标识符（VNI）：
- VXLAN引入了一个24位的虚拟网络标识符（VNI），它用于区分不同的虚拟网络。每个VNI都对应一个独立的虚拟网络，允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上运行，而不会相互干扰。
- VNI通常由UDP端口上的伪随机算法生成，以确保唯一性。
数据包封装：
- 源IP地址：表示发送VM的IP地址。
- 目标IP地址：表示接收VM的IP地址。
- UDP头部：包含源和目标端口信息，用于标识VXLAN数据包。
- VNI：24位的虚拟网络标识符。
- 原始以太网帧：包括源MAC地址、目标MAC地址、以太网协议类型（通常是IPv4或IPv6）等。
- 当虚拟机（VM）之间进行通信时，其数据包将被封装成VXLAN数据包。
- VXLAN数据包的格式包括：

传输网络：
- VXLAN数据包通过现有的IP网络进行传输，包括物理网络或虚拟化网络。
- 在传输过程中，VXLAN数据包的IP头部信息用于路由和传递，而VNI用于识别目标虚拟网络。
解封装：
- 当VXLAN数据包到达目标虚拟网络的VM所在的主机时，主机将进行解封装。
- 它将从VXLAN数据包中提取原始以太网帧，将其交给目标VM进行处理。
学习和维护MAC地址表：
- VXLAN主机会维护一个MAC地址表，用于将虚拟机的MAC地址映射到VNI。
- 当主机接收到VXLAN数据包时，它会查找MAC地址表以确定数据包应该传递给哪个VM。
广播和组播支持：
- VXLAN通常使用组播来模拟广播和组播的行为。这对于支持一些网络协议（如ARP和邻居发现）非常重要，以便虚拟机可以在同一虚拟网络内相互通信。

VXLAN特点

扩展VLAN地址空间：VXLAN的主要目标之一是扩展VLAN的地址空间。传统的VLAN标识符有限，通常只支持4096个VLAN。在大型云计算环境中，这个数量可能迅速不足。VXLAN通过引入24位的段ID来扩展这个地址空间，将可用的标识符数量增加到1600万个。
虚拟网络隔离：VXLAN允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上共存，并提供逻辑上的隔离。每个虚拟网络都有一个唯一的VXLAN网段ID，用于区分不同的逻辑网络和租户。这样，不同的虚拟网络可以独立运行，就像它们在不同的物理网络上一样。
支持多租户环境：VXLAN适用于多租户环境，允许不同的租户在同一基础设施上创建独立的虚拟网络，而不会相互干扰。这对于云服务提供商和大型数据中心特别有用。
第2层和第3层扩展：VXLAN不仅可以扩展第2层（数据链路层），还可以与第3层（网络层）扩展结合使用。这意味着它可以支持更复杂的网络拓扑和路由配置。
行业支持：VXLAN得到了广泛的行业支持，包括Cisco、VMware、Arista Networks等公司。这意味着在各种虚拟化平台和网络设备中都可以找到对VXLAN的支持。

NVGRE 与 VXLAN 对比

NVGRE和VXLAN都是用于网络虚拟化的技术，但它们在支持者、传输协议、数据包格式、传输方式和分片等方面存在一些区别。

支持者和传输协议：
- NVGRE主要由Microsoft支持，并使用GRE协议作为传输协议。
- VXLAN主要由Cisco驱动，使用UDP协议作为传输协议。
数据包格式：
- VXLAN的数据包包含一个24位的VXLAN网络标识符（VNI），允许支持1600万个唯一的虚拟网络。VNI通常由UDP端口上的伪随机算法生成。
- NVGRE使用GRE头部的低24位作为租户网络标识符（TNI），也支持1600万个虚拟网络。但由于它使用GRE头部，不太适用于传统的负载均衡。
传输方式：
- VXLAN利用组播来模拟二层网络中的广播、未知单播和组播，这对于MAC地址学习、ARP和邻居发现等协议非常重要。
- NVGRE建议每个主机使用多个IP地址，以增强负载均衡能力，而不依赖于洪泛和IP多播。
分片：
- NVGRE支持对数据包的最大传输单元进行分片，从而进一步减小了内部虚拟网络的数据包大小。
- VXLAN通常需要传输网络支持大帧，不支持数据包分片。