隧道和网络虚拟化:NVGRE vs VXLAN

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关于NVGRE和VXLAN隧道协议相信大家都不陌生，但是事实上隧道协议只是虚拟化网络中的一部分，它并不提供实质性的功能，只是定义不同虚拟机之间如何封装、转发数据包。本文想强调两点：其一，NVGRE和VXLAN都是用三层协议封装二层协议；其二，这两项技术都解决了VLAN规模固定的问题，不再局限于4094个。随着各种新技术的兴起，一项标准已经无法满足需求，技术巨头们争先恐后的想让自己的标准成为业内统一的标准，其中NVGRE和VXLAN就是典型的例子，那么这两项技术的区别到底在哪里呢？

VXLAN

VXLAN主要是由Cisco推出的，VXLAN的包头有一个24bit的ID段，即意味着1600万个独一无二的虚拟网段，这个ID通常是对UDP端口采取伪随机算法而生成的（UDP端口是由该帧中的原始MAC Hash生成的）。这样做的好处是可以保证基于5元组的负载均衡，保存VM之间数据包的顺序，具体做法是将数据包内部的MAC组映射到唯一的UDP端口组。将二层广播被转换成IP组播,VXLAN使用IP组播在虚拟网段中泛洪而且依赖于动态MAC学习。VXLAN封装将数据包大小扩展到50字节，如下图所示：

由于数据包比较大，所以VXLAN需要借助支持大型帧的传输网络才能支持数据包规模的扩展。

NVGRE

NVGRE主要支持者是Microsoft。与VXLAN不同的是，NVGRE没有采用标准传输协议（TCP/UDP），而是借助通用路由封装协议（GRE）。NVGRE使用GRE头部的低24位作为租户网络标识符（TNI），与VXLAN一样可以支持1600个虚拟网络。为了提供描述带宽利用率粒度的流，传输网络需要使用GRE头，但是这导致NVGRE不能兼容传统负载均衡，这是NVGRE与VXLAN相比最大的区别也是最大的不足。为了提高负载均衡能力建议每个NVGRE主机使用多个IP地址，确保更多流量能够被负载均衡。

NVGRE不需要依赖泛洪和IP组播进行学习，而是以一种更灵活的方式进行广播，但是这需要依赖硬件/供应商。最后一个区别关于分片，NVGRE支持减小数据包最大传输单元以减小内部虚拟网络数据包大小，不需要要求传输网络支持传输大型帧。

实验

OVS（open Vswitch）可以支持这两种隧道协议。可以实现两个虚拟机的简单通信，在两个主机上面分别运行VM，并且在这个VM之间创建一个隧道。如果没有GRE隧道，两个VM就无法连接。在主机之间创建隧道的简单步骤：

1、主机1配置如下：

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ovs - vsctl add - br brgre ovs - vsctl add - br brvm ovs - vsctl add - port brgre eth0 ifconfig eth0 0 ifconfig brgre 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0 route add default gw 192.168.1.1 brgre ifconfig brvm 10.1.2.10 netmask 255.255.255.0 ovs - vsctl add - port brvm gre1 -- set interface gre1 type = gre options : remoteip = 192.168.1.111

2、主机2配置如下：

Shell

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ovs - vsctl add - br brgre ovs - vsctl add - br brvm ovs - vsctl add - port brgre eth0 ifconfig eth0 0 ifconfig brgre 192.168.1.111 netmask 255.255.255.0 route add default gw 192.168.1.1 brgre ifconfig brvm 10.1.2.11 netmask 255.255.255.0 ovs - vsctl add - port brvm gre1 -- set interface gre1 type = gre options : remoteip = 192.168.1.100

在每台主机中创建2个桥，其中brvm用于仿真虚拟机，另一个brgre用作与其他主机的做隧道（VTEP）连接。eth0连接brgre，brgre绑定IP用于实现隧道。为了简化实验，我将GRE隧道设置在同一子网中，当然可以放于不同域中使仿真场景更真实。下面就可以进行测试了，10.1.2.10和10.2.1.11应该是可以ping通的，这两个VM域通过隧道连接，同样，也可以改成VXLAN隧道配置。