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1、VMware NSX网络虚拟化概览目录序言21. VMware NSX网络虚拟化解决方案简介21.1 VMware服务器虚拟化的前世今生21.2 服务器虚拟化的优势移植到了网络虚拟化81.3 NSX解决方案概览101.4 NSX网络虚拟化应用场景142 当前主流的Overlay隧道技术162.1 VXLAN技术162.2 NVGRE技术182.3 STT技术182.4 三种Overlay技术的对比和应用场景192.5 下一代Overlay技术Geneve203 各厂商的网络虚拟化解决方案223.1 Cisco ACI解决方案223.2 在MicrosoftHyper-V中实现网络虚拟化243.
2、3 JuniperContrail解决方案253.4 各厂商网络虚拟化解决方案的比较264 与VMwareNSX相关的认证284.1 VMware认证体系简介284.2 与NSX相关的VMware认证与考试30总结31序言网络虚拟化技术诞生后，有不少厂商都推出了所谓的网络虚拟化解决方案。这些厂商实现“网络虚拟化”的方式各异，有些是自己研发的项目，有些是通过收购，有些是利用开源项目进行再开发。而VMware NSX网络虚拟化平台的基本架构到底是怎样的，它与别的厂家有哪些不同？这些问题会在本章进行探讨。1. VMware NSX网络虚拟化解决方案简介尽管VMware NSX网络虚拟化平台是通过收购
3、Nicira而获得的，但是在收购一年多时间之后，NSX才正式发布。在这一年多时间里，VMware的研发人员与前Nicira的极客们一起通力合作，将VMware服务器虚拟化平台与Nicira网络虚拟化平台进行了融合，我们现在会发现NSX架构和技术细节（尤其是用于vSphere平台的NSX-V），其实与早期的Nicira NVP平台还是有很大区别，它增加了很多VMware的基因在里面。本节在介绍VMware NSX的一些功能和特性之前，还简单介绍了虚拟化技术以及VMware公司诞生和发展的历史，这些都是值得去了解的故事。IT行业已经直接从服务器虚拟化中获得了显著好处。服务器虚拟化解决方案降低了物理
4、硬件的复杂性，提高了运营效率，带来了更好的安全性和冗余性，并且能够动态地重新调整底层资源的用途，以便以最佳方式快速满足日益动态化的业务应用需求。除此之外，服务器虚拟化还能节省机房空间，节省用电和制冷成本。VMware NSX网络虚拟化技术与VMware一直致力推动的服务器虚拟化技术，究竟有什么联系，有哪些类似的地方？读者可以在这一节找到答案。本节会介绍NSX基本架构和基本组件。1.1 VMware服务器虚拟化的前世今生介绍VMware网络虚拟化之前，不得不先提VMware服务器虚拟化的发展历史和一些功能特性，因为NSX的很多设计思路和理念，都像极了已经深入人心的服务器虚拟化解决方案。有很多读者
5、可能近几年才接触到服务器虚拟化，其实早在1959年，计算机科学家克里斯托弗 斯特雷奇（Christopher Strachey）就发表了一篇名为Time Sharing in Large Fast Computers（大型高速计算机中的时间共享）的学术报告。在该报告中，他第一次提出了虚拟化的概念，即使用“时间共享”技术，使多操作系统可以运行在一台计算机之上。但是在当时，他的思想太超前了，计算机也完全没有普及，实现其想法也就困难重重。在相当长的时间内，虚拟化只能作为一个概念存在于新兴的计算机学世界里。随着科技的发展，大型机出现了，但是它的价格非常昂贵，如何有效利用之成了一个难题。伟大的IT公司I
6、BM基于斯特雷奇的理论，开发了最早的虚拟机技术，允许在一台IBM大型机上运行多个操作系统，让用户尽可能地充分利用和共享昂贵的大型机资源。20世纪七、八十年代，虚拟化技术进入低谷期因为随着大规模集成电路的出现，计算机硬件变得越来越便宜，需要增加操作系统时，人们往往选择再购买一台计算机。当初为了共享昂贵的大型机资源而设计的虚拟化技术就无人问津了。虚拟化技术在20世纪90年代末期迎来复兴。随着x86计算机的普及、CPU的处理能力越来越强、内存容量越来越大，新的基于x86平台的虚拟化技术诞生了，其主要目的是充分利用x86计算机的闲置资源。1998年成立的VMware公司于1999年最早正式发布了基于x
7、86计算机的虚拟化软件，虽然VMware虚拟化技术在刚刚推出时并没有引起轰动，但是为之后的IT变革埋下了伏笔基于x86计算机的虚拟化技术的飞速发展，使得计算资源可以实现池化，进而催生了之后的云计算。1997年，斯坦福大学的蒙德尔罗森布洛姆（Mendel Rosenblum）、艾德瓦德巴格宁（Edouard Bugnion）和斯科特迪瓦恩（ScottDevine）三人，在ACM SOSP（Symposiumon Operating Systems Principles，计算机操作系统研究领域的旗舰会议）上发表了著名论文Disco:Running Commodity OperatingSystem
8、s on Scalable Multiprocessors。Disco其实就是他们在斯坦福大学里的一项科研课题，即在x86计算机之上同时运行多个多操作系统，这也是现代虚拟化技术的开山之作。一年之后，罗森布洛姆在加州大学伯克利分校求学时相识的妻子戴安娜格林（DianeGreene）也加入了他们的团队（夫妇俩的照片见图2.1），加上一名华裔青年爱德华王（EdwardWang），他们五人在美国加州的Palo Alto市创立了这家之后在IT界扬名立万的VMware公司。VMware公司的名字是Virtual Machine Software的缩写，公司名字彰显了它从成立之初就一直在坚持的事情致力于推动
9、虚拟机软件的发展。如今，罗森布洛姆夫妇分别是斯坦福大学教授和Google董事会成员。值得一提的是，巴格宁后来还成为了Cisco UCS之父。图2.1 戴安娜格林与蒙德尔罗森布洛姆1999年5月，具有划时代意义的VMwareWorkstation产品被这群具有创新精神的年轻人研发出来了。这是业内第一款基于x86平台的虚拟化软件，它允许在一台x86计算机上同时运行多个操作系统，安装环境是Windows98/NT 4.0。2001年，专门用于x86服务器的虚拟化软件VMware ESX Server正式发布，它无需Windows操作系统，而是直接运行在计算机底层。ESX（现在叫做ESXi）这个一直沿
10、用到今天的VMware服务器虚拟化软件内核程序（Hypervisor），是当时VMware实验室里的研发代号Elastic Sky X的缩写。2003年，vCenter发布，它允许多台物理计算机上的所有虚拟机被同一个集中式的管理平面来管理，且可以利用同时发布的vMotion技术在不同物理机之间实现迁移。2004年，这家成立不到6年的年轻公司，被存储巨头EMC公司斥资6.35亿美金收购。今天，VMware的市值较EMC收购时翻了近100倍，有人不禁感慨：如果晚几年再卖掉，能卖多少钱？如果不卖，现在的VMware又可能是什么样子？在VMware被EMC收购后，EMC并没有将其并入自己的一个业务部门
11、，或融入自己的产品和解决方案中，而是任由其独立发展，其目的可能是为了2007年的VMware拆分上市一旦并入EMC的一个部门中，就无法上市了。就结果而言，VMware因为独立发展，势头非常良好。随着CPU和内存的能力不断提升、应用越来越多，市场对虚拟化的需求量也越来越大企业自然不希望闲置的CPU和内存不能被有效利用，而且通过购买更少的服务器，安装虚拟化软件，还能有效节省物理服务器的采购成本，节省机房空间、用电和制冷成本。VMware将自己的虚拟化软件以每个物理CPU需要一个license的形式卖给客户，从中取了利润，加上上市和融资，VMware有了更多资金，可以不断完善自己解决方案中的功能。2
12、008年，Microsoft公司和Citrix公司也开始推出自己的虚拟化软件，其中Citrix公司通过收购得到了开源的Xen虚拟化系统的核心技术，而另外一款基于开源代码的KVM虚拟化系统也开始兴起。服务器虚拟化技术蓬勃发展，理念已深入人心，越来越多的企业近几年运用各种虚拟化解决方案来实现P2V，即将物理服务器迁移至虚拟化环境。有竞争对手的市场总比垄断要好，竞争促使VMware公司研发新的解决方案。如今，VMware不断更新服务器虚拟化的功能，在vSphere 5.5版本中，VMware加入了存储的DRS和存储的I/O控制等功能；在vSphere6.0版本发布之后，跨越vCenter的vMoti
13、on、长距离vMotion的功能实现，FT也突破了一个vCPU的限制。此外，最近几年，用来管理云环境的工具的功能也不断完善，加上VSAN和NSX解决方案的提出，都与VMware传统虚拟化解决方案一起成为了VMwareSDDC的拼图。VMware公司还有能力通过桌面虚拟化（VDI）技术帮助企业打造虚拟桌面。VMware vSphere解决方案的底层使用了ESXi（以前叫做ESX）的虚拟机管理程序，它不依赖于任何一个操作系统，可以被安装到本地物理硬盘、外置SAN环境、闪存、USB驱动器等地方，但必须能够直接访问物理服务器的底层，作为物理服务器的Hypervisor，知晓物理服务器所有信息。安装了E
14、SXi程序的物理服务器叫做ESXi主机。图2.2阐述了VMware vSphere的底层体系结构。VMware服务器虚拟化解决方案的核心思想有以下几点。在一台物理服务器底层安装虚拟化软件，使得一台物理服务器上可以运行多个操作系统，安装多个应用。这些操作系统运行在多虚拟机上，而且其上安装的应用与物理主机上实现的功能完全相同。就用户端而言，每台虚拟机看起来与物理服务器没有任何区别。能够快速并有效地更换虚拟机的虚拟硬件组件，如增加vCPU、增加内存、增加虚拟网卡等。跨物理服务器运行的多个虚拟机可以通过统一的管理平台进行部署、维护。复制、增加、删除虚拟机非常便捷。虚拟机能够在不同物理机中进行快速、安全
15、的迁移，借此技术还能实现高可用性（High Availability，HA）和动态资源分配（Distributed Resource Scheduler，DRS）。图2.2 VMware vSphere的底层体系结构VMware使用了vCenter系统来统一部署和管理安装在跨多个物理服务器上的虚拟机。vCenter系统在一个统一的平台管理多台物理服务器上的虚拟机后，能够实现的其他主要功能如下。通过在线迁移（vMotion）技术，将正在运行的虚拟机从一台物理服务器迁移到其他物理服务器，而无需中断。这是VMware最重要的技术之一，DRS、HA等高级功能都基于这个技术。动态资源分配技术，使得多台物
16、理服务器中运行的虚拟机可以实现负载均衡。DRS利用了vMotion技术来实现这个功能一旦检测到负载升高到一定程度，就能通过vMotion技术进行在线迁移。分布式电源管理（Distributed PowerManagement，DPM）可以结合DRS功能，将多个负载较低的虚拟机集中到少数物理服务器上，把无用的物理服务器关机，节省电力；而在虚拟机负载开始增多时，对没有使用的物理服务器加电开机，再通过DRS实现负载均衡。存储在线迁移（Storage vMotion）技术，允许正在运行的虚拟机的硬盘资源从一个存储设备迁移到另一个设备上。存储的动态资源分配技术（StorageDRS）功能，允许虚拟机从存储的角度进行负载均衡。数据保护（Data Pr
