邊緣虛擬橋EVB(Edge Virtual Bridging)技術(shù)是當(dāng)前用于解決虛擬化環(huán)境的虛擬機(jī)VM(Virtual Machine)與網(wǎng)絡(luò)之間的連接與管理邊界問(wèn)題而產(chǎn)生。并在此標(biāo)準(zhǔn)802.1Qbg定義的框架基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)VM生命周期與網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化關(guān)聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)屬性的靈活變更。

一、EVB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)

EVB原來(lái)由802.1Qbg和802.1Qbh組成，數(shù)據(jù)層面的實(shí)現(xiàn)一共有四種(如圖1所示)：其中802.1Qbg包含了三種，即VEB(Virtual Ethernet Bridging)模式、VEPA(Virtual Ethernet Port Aggregator)模式和Multi Channel模式;802.1Qbh為PE(Port Extender)模式。當(dāng)前802.1Qbh已經(jīng)在EVB內(nèi)取消，因此EVB目前也就是802.1Qbg。802.1Qbg的各種模式具體轉(zhuǎn)發(fā)行為，請(qǐng)參考本刊《802.1Qbg、802.1Qbh、802.1BR、VN-Tag技術(shù)比較》一文，此處不再贅述。

圖1 EVB的多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度，以及某些特殊應(yīng)用場(chǎng)景下，802.1Qbg的不同模式是可以同時(shí)存在的，并且技術(shù)上要求能夠多層級(jí)聯(lián)，這在標(biāo)準(zhǔn)預(yù)備文檔中也進(jìn)行了描述。但在更多的場(chǎng)景下，并不需要復(fù)雜的級(jí)聯(lián)拓?fù)浜蛯哟?，?biāo)準(zhǔn)在使用上建議了一個(gè)基本的EVB架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 EVB轉(zhuǎn)發(fā)層面基本架構(gòu)

圖2中邊緣中繼單元ER(Edge Relay)指代了VEB/VEPA各種部件。EVB技術(shù)中，ER位于服務(wù)器一側(cè)，對(duì)服務(wù)器的流量進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，ER轉(zhuǎn)發(fā)的流量包括虛擬服務(wù)器之間，和虛擬服務(wù)器與邊緣交換機(jī)(與物理服務(wù)器直連)之間的全部流量。ER既可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，也可以使用專門(mén)的硬件單元實(shí)現(xiàn)(虛擬化網(wǎng)卡功能)。 ER-1標(biāo)識(shí)了一種雙端口的VEB或VEPA，在實(shí)現(xiàn)上完全作為一個(gè)通道，無(wú)需地址學(xué)習(xí)表項(xiàng)管理;ER-2標(biāo)識(shí)VEPA;ER-3標(biāo)識(shí)VEB。所有的VM通過(guò)Virtual Station Interface(VSI)連接在ER上，基于級(jí)聯(lián)性架構(gòu)，ER邏輯上掛接在Multi Channel的S-Component組件上，S-Component組件是實(shí)現(xiàn)Multichannel的核心邏輯組件，每個(gè)通道稱為S-Channel。

二、EVB控制協(xié)議簡(jiǎn)析

EVB的控制協(xié)議最關(guān)鍵有兩個(gè)：VDP(VSI Discovery Protocol) 和CDCP(S-Channel Discovery and Configuration Protocol)。

1.CDCP協(xié)議

CDCP是專門(mén)用于建立Multi Channel模式下S-Component組件與網(wǎng)絡(luò)連接的通道，這些通道邏輯上只在服務(wù)器和物理網(wǎng)絡(luò)端口本地有效，如圖3所示。

圖3CDCP建立多通道

1)CDCP基本操作內(nèi)容

S-Channel配置由交換機(jī)決定，并保存在交換機(jī)上;

由服務(wù)器向交換機(jī)發(fā)起S-Channel資源請(qǐng)求;

交換機(jī)根據(jù)請(qǐng)求提供最佳資源集;

如果交換機(jī)不能提供所有資源則提供資源子集;

2)CDCP交互過(guò)程

以太網(wǎng)接口上使能EVB功能后，交換機(jī)通過(guò)LLDP報(bào)文向外發(fā)布S通道狀態(tài)，與服務(wù)器的交互機(jī)制如圖4所示。

圖4 CDCP協(xié)議交互示意圖

當(dāng)VM有創(chuàng)建S通道的請(qǐng)求，或者原有的請(qǐng)求發(fā)生變化時(shí)，向交換機(jī)發(fā)出請(qǐng)求報(bào)文(消息1)。交換機(jī)為其分配或者釋放SVID，創(chuàng)建或者刪除對(duì)應(yīng)的S通道接口。隨后回復(fù)響應(yīng)報(bào)文，通知服務(wù)器分配的SVID(消息2)。服務(wù)器和交換機(jī)都在后續(xù)的報(bào)文中攜帶當(dāng)前存在的S通道的信息作為狀態(tài)通告。

3)CDCP報(bào)文格式

CDCP 協(xié)議TLV字段如圖5所示，包括角色(交換機(jī)為bridge，服務(wù)器為station)、對(duì)S組件的支持能力(SComp)、支持的S通道的個(gè)數(shù)、以及S通道ID與對(duì)應(yīng)的SVID對(duì)( )。CDCP TLV與LLDP中其它dot1q的TLV一樣，type取值為127，subtype取值0x0E。

圖5 CDCP協(xié)議TLV格式

本設(shè)備角色(Role)：等于1表示本設(shè)備為服務(wù)器(station)，等于0表示本設(shè)備為交換機(jī)(bridge)。

保留位(Resv)：暫不使用，以0填充。

S組件支持能力(SComp)：等于1表示能支持S-VLAN組件，等于0時(shí)表示不支持。

本設(shè)備支持的S通道數(shù)目(Chncap)：包括已經(jīng)成功創(chuàng)建和尚未創(chuàng)建的。

SCID/SVID對(duì)：S通道索引和對(duì)應(yīng)的SVID。第一個(gè)必須是缺省S通道，即<1,1>。CDCP報(bào)文中最多支持167個(gè)SCID/SVID對(duì)，包括缺省S通道的SCID/SVID。

服務(wù)器發(fā)出的請(qǐng)求中，SVID為0，形式如。如果交換機(jī)成功為其創(chuàng)建S通道，那么回復(fù)報(bào)文的形式如，b為有效的VLAN ID。如果交換機(jī)不能創(chuàng)建，則回復(fù)報(bào)文中仍然維持的形式。如果服務(wù)器將某一已經(jīng)生效的SCID/SVID對(duì)從本方報(bào)文中刪除，表示向交換機(jī)申請(qǐng)刪除該S通道。

2.VDP協(xié)議

VDP協(xié)議報(bào)文由服務(wù)器發(fā)起。服務(wù)器發(fā)送的VDP請(qǐng)求分為預(yù)關(guān)聯(lián)、資源預(yù)留的預(yù)關(guān)聯(lián)、關(guān)聯(lián)和去關(guān)聯(lián)請(qǐng)求四種。交換機(jī)只回復(fù)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)報(bào)文。

VM創(chuàng)建時(shí)，服務(wù)器向交換機(jī)發(fā)送關(guān)聯(lián)或者預(yù)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求。關(guān)聯(lián)請(qǐng)求處理成功時(shí)，VM的流量就可以開(kāi)始經(jīng)由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。預(yù)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求處理成功時(shí)，VM處于一種就緒等待的狀態(tài)，直到發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求處理成功后，才開(kāi)始收發(fā)流量。

VM關(guān)閉時(shí)，向交換機(jī)發(fā)送去關(guān)聯(lián)請(qǐng)求，邊緣交換機(jī)將對(duì)應(yīng)的流量轉(zhuǎn)發(fā)通道關(guān)閉。

一般來(lái)說(shuō)，VM遷移時(shí)，新的VM先處于預(yù)關(guān)聯(lián)狀態(tài)下，等待虛擬機(jī)管理中心指令原有VM發(fā)送去關(guān)聯(lián)請(qǐng)求。原有VM發(fā)送去關(guān)聯(lián)請(qǐng)求后，新VM發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求，接替原有VM的流量收發(fā)工作。

1)VDP交互過(guò)程

服務(wù)器發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求時(shí)，與交換機(jī)、VSI管理服務(wù)器的交互過(guò)程如圖6所示。

圖6關(guān)聯(lián)請(qǐng)求處理

服務(wù)器先發(fā)送預(yù)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求再發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求的交互過(guò)程如圖7所示。

圖7預(yù)關(guān)聯(lián)請(qǐng)求處理

服務(wù)器發(fā)送去關(guān)聯(lián)請(qǐng)求的交互過(guò)程如圖8所示

圖8去關(guān)聯(lián)請(qǐng)求處理

2)VDP報(bào)文信息

VDP是VM與網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)、創(chuàng)建遷移感知的關(guān)鍵協(xié)議，這里僅針對(duì)其中比較關(guān)鍵的消息內(nèi)容進(jìn)行介紹。

關(guān)聯(lián)消息。如圖9所示的關(guān)聯(lián)消息類型，傳遞了VM和網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)聯(lián)、解關(guān)聯(lián)操作請(qǐng)求。

圖9VDP關(guān)聯(lián)消息類型

VM遷移信息。圖10的VDP消息位向網(wǎng)絡(luò)通告了VM的遷移性質(zhì)。

圖10VM的遷移告知

VDP中VSI過(guò)濾信息(由具體支持的特征信息類型決定取值)。圖11的VSI過(guò)濾信息提供了VM關(guān)聯(lián)信息：VLAN、MAC、GroupID(可用于>4KVLAN擴(kuò)展)，這些信息的組合可以保證VM連接網(wǎng)絡(luò)的正確屬性以及策略匹配。

圖11VSI過(guò)濾信息

在EVB控制協(xié)議作用下，便可實(shí)現(xiàn)VM的自動(dòng)化關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，如圖12所示，A中VM不進(jìn)行VDP關(guān)聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)不對(duì)其下發(fā)相應(yīng)的屬性，網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有針對(duì)此VM的相關(guān)配置，則VM流量不能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。B中VM經(jīng)過(guò)VDP正常關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)基于VM信息合理性下發(fā)針對(duì)VM的網(wǎng)絡(luò)策略與配置，可保證VM正常服務(wù)提供。C中VM雖然關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，但其屬性被網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)判斷為非法VM，網(wǎng)絡(luò)拒絕VM接入，不為VM分配資源和配置。

圖12EVB協(xié)議VM關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

三、EVB網(wǎng)絡(luò)中虛擬機(jī)的創(chuàng)建與遷移過(guò)程

在EVB技術(shù)關(guān)聯(lián)的計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，定義了兩個(gè)管理系統(tǒng)：虛擬機(jī)管理系統(tǒng)VMM和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)NMS(H3C的EVB NMS有專用組件iMC CRM---Connection Resource Manager)。

1)VM創(chuàng)建過(guò)程

在虛擬化環(huán)境中，VM基于業(yè)務(wù)要求具有其網(wǎng)絡(luò)屬性(VLAN、MAC、VSIID…)，大量的VM屬性信息必須如圖13所示在虛機(jī)管理系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間同步識(shí)別，這樣無(wú)論是主機(jī)側(cè)還是網(wǎng)絡(luò)側(cè)，對(duì)一個(gè)VM或一類虛擬服務(wù)的業(yè)務(wù)要求、控制策略都能完全統(tǒng)一，并且能夠基于VDP信息的傳遞、管理系統(tǒng)之間的交互而進(jìn)行更新。

圖13VMM與NMS交互VM的屬性

如圖14所示為VM創(chuàng)建，消息從主機(jī)側(cè)向網(wǎng)絡(luò)側(cè)傳遞的過(guò)程：

虛機(jī)管理系統(tǒng)使用VSI相關(guān)信息創(chuàng)建VM;

VM/ER使用VDP關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò);

交換機(jī)將VM信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(H3C iMC CRM)。

圖14創(chuàng)建VM過(guò)程一

如圖15所示為VM創(chuàng)建，消息從網(wǎng)絡(luò)側(cè)向主機(jī)側(cè)傳遞的過(guò)程：

網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)對(duì)VM信息進(jìn)行判定后下發(fā)Profile

交換機(jī)允許VM接入網(wǎng)絡(luò)，向VM返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)

圖15創(chuàng)建VM過(guò)程二

2)VM遷移過(guò)程

VM遷移前，先需要在目標(biāo)主機(jī)上創(chuàng)建VM，該VM與原VM具有相同的VLAN、MAC、IP、VSI等信息(如圖16所示)。

1)目標(biāo)VM創(chuàng)建

2)目標(biāo)VM關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

3)源VM與目標(biāo)VM的狀態(tài)信息同步

圖16VM遷移:創(chuàng)建目標(biāo)VM

VM切換，當(dāng)目標(biāo)VM創(chuàng)建完成，虛擬機(jī)信息同步一致后便可進(jìn)行VM切換，完成遷移

4)拆離釋放原VM

5)激活目標(biāo)VM

6)原VM主機(jī)VDP解關(guān)聯(lián)請(qǐng)求

7)網(wǎng)絡(luò)刪除profile，釋放網(wǎng)絡(luò)資源

8)網(wǎng)絡(luò)HTTPS通告管理系統(tǒng)解關(guān)聯(lián)，釋放網(wǎng)絡(luò)資源

圖17VM切換

四、結(jié)束語(yǔ)

EVB定義了標(biāo)準(zhǔn)化的主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)之間虛擬化信息的關(guān)聯(lián)控制，使得虛擬機(jī)的服務(wù)變更可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的感知來(lái)自動(dòng)化響應(yīng)，同時(shí)需要在虛擬計(jì)算管理與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)之間針對(duì)VM服務(wù)定義統(tǒng)一的業(yè)務(wù)類型描述，保證主機(jī)側(cè)的虛擬機(jī)EVB屬性與網(wǎng)絡(luò)側(cè)的屬性一致，才能實(shí)現(xiàn)EVB的控制目的。