简单聊聊VPC和SDN/NFV

摘要： 近几年，SDN和NFV是网络界的热点，那么阿里云是如何做SDN和NFV的呢？阿里云VPC又是如何实现的呢？和SDN和NFV是什么关系呢？本文将介绍相关内容。

注：本文部分内容来自网络搜索的整合

大家都知道，目前各大云服务商都提供了VPC（Virtual Private Cloud）产品，VPC已经成为用户使用云首先需要考虑的云产品，甚至是比ECS更早需要考虑的云产品，可以说是基础中的基础。首先，我们还是来简单介绍下什么是VPC？VPC又有什么好处？再来讨论我们今天的主题，即阿里云VPC和SDN及NFV的关系。

什么是VPC

可以从下面三点来理解VPC。

首先，VPC可以认为是一个网络容器。用户可以免费开通这个容器，开通后再在这个容器中“放置”用户需要的云产品，比如ECS，SLB，RDS等。VPC的基本组件包含路由器和交换机，如下图所示，即是华北1地域的一个VPC。

其次，VPC是用户私有的，它和其它的VPC默认都是隔离的，和经典网络也是隔离的。

最后，VPC是用户在云上具备网络管理能力的基础。在经典网络中，用户在云上其实是非常缺乏网络管理能力的，用户有一台经典网络的ECS，用户也只有了和公网通信的能力，最多加上安全组可以做一些安全控制的能力，但如网段规划、子网划分、路由管理、使用NAT管理公网出入等网络管理能力都几乎没有或很弱，而VPC则让用户具备了很多的网络管理能力。

什么是SDN

SDN是Software Defined Network的缩写, 翻译成中文就是软件定义网络 。SDN不是一种具体的技术或协议，而是一种新的网络设计理念。SDN的核心思想是控制和转发分离。SDN产生的原因是由于传统网络难以维护，人肉操作太多，变更困难效率低，尤其是在云计算的环境下，虚拟化带来的高密度、业务的高速增长、对快速响应能力的高要求，以及用户对网络安全隔离和灵活管理的需求，使传统网络的慢和业务发展的快之间的矛盾越来越大，因此，有了SDN，也有了NFV。SDN网络和传统网络的对比可以参考下图

什么是NFV

NFV是Network Function Virtualization的英文缩写，翻译成中文就是网络功能虚拟化。我们知道，传统的网络设备基本都是使用专用的硬件设备实现的，比如我们熟悉的防火墙，F5这样的硬件设备，又如路由器和交换机。而NFV则是希望使用普通的x86服务器来代替专用的网络设备，使网络功能不再依赖专用设备，而是通过x86服务器和软件来实现。NFV除了可以节约成本外，还通过开放API的方式，使得网络功能更灵活，更有弹性。

VPC和SDN/NFV的关系

我们在做SDN，也在做NFV，我们在用SDN的思想实现NFV。从SDN的思想来说，我们有自研的Controller（控制器）和XGW（转发设备）。从NFV来说，我们的Controller（控制器）和XGW（转发设备）都是基于x86服务器和自己研发的软件实现的，在这基础上，实现了VPC、路由器、交换机、NAT网关等等网络功能。因此，VPC可以认为是NFV的一个网络功能或网络产品。

VPC的具体实现路径

那么VPC又有哪些具体实现方式呢？要谈这个问题，首先需要简单了解一下Overlay网络虚拟化技术。Overlay是在现有的网络架构上叠加的虚拟化技术，本质是L2 Over IP的隧道技术。可以在对现有基础网络不进行大规模修改的条件下实现，并且和其它网络隔离。简单说就是在现有的物理网络基础上进行了一次虚拟化，称之为Overlay。Overlay可以让系统和服务（如云计算中的ECS，SLB等云产品）运行中虚拟化层，“不再依赖”物理网络，达到与物理网络解耦的目的。当然，这个“不再依赖”是从业务逻辑上说的，而不是真正底层不再依赖。

如下图的Overlay网络示意图，虚拟网络运行在物理网络上，虚拟网络上承载了ECS，RDS，SLB等云产品，也有虚拟交换机，虚拟路由器这样的虚拟化网络设备，在虚拟网络层面，ECS和SLB，RDS等云产品的通信从业务逻辑上理解，可以认为是直接在虚拟网络层面完成的，而“不需要”通过物理网络。

 

那么，Overlay又有哪些实现技术呢？早期有一些标准二层Overlay技术，如

RFC3378（Ethernet ip IP）

H3C的EVI（Ethernet Virtual Interconnection）

Cisco的OTV(Overlay Transport Virtualization)

现在云服务商用的比较多的是基于主机(x86服务器)的Overlay技术，在服务器的Hypervisor内vSwitch上支持基于IP的二层Overlay技术。主机的vSwitch支持基于IP的Overlay之后，虚拟机的二层访问直接构建在Overlay上，物理网络不再感知虚拟机的诸多特性，从而实现了和虚拟网络的解耦。

再进一步细分Overlay的技术路线，主要可分为如下三大技术路线

VXLAN
NVGRE
STT

VXLAN是将以太网报文封装在UDP传输层上的一种隧道转发模式，VXLAN通过将原始以太网数据头(MAC、IP、四层端口号等)的HASH值作为UDP的号。采用24比特标识二层网络分段，称为VNI(VXLAN Network Identifier)，类似于VLAN ID作用。

NVGRE
NVGRE是将以太网报文封装在GRE内的一种隧道转发模式。采用24比特标识二层网络分段，称为VSI，类似于VLAN ID作用。NVGRE在GRE扩展字段flow ID，这就要求物理网络能够识别到GRE隧道的扩展信息，并以flow ID进行流量分担。

STT
STT利用了TCP的数据封装形式，但改造了TCP的传输机制，数据传输不遵循TCP状态机，而是全新定义的无状态机制，将TCP各字段意义重新定义，无需三次握手建立TCP连接，因此称为无状态TCP。

这三种技术大体思路都是将以太网报文承载到某种隧道层面，差异性在于选择和构造隧道的不同，而底层均是IP转发。总体而言，VXLAN利用了现有通用的UDP传输，成熟度高。具有更明显的优势，L2-L4层链路HASH能力强，不需要对现有网络改造，对传输层无修改，使用标准的UDP传输流量，业界支持度最好，目前商用网络芯片大部分支持。这也是阿里云VPC采用的技术路线。