談到電腦的最重要的部件，大家首先想到的應(yīng)該是CPU，其次是內(nèi)存，接下來(lái)是I/O，那么在I/O里面，誰(shuí)最重要呢？當(dāng)然在97年我買第一臺(tái)電腦（AMD K5 150MHz，16MB RAM，1.2G硬盤，S3 1M顯卡和14寸CRT等）做為游戲機(jī)的時(shí)候，那絕對(duì)是硬盤和光驅(qū)最重要，但是在今天，由于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使得電腦已不僅僅是游戲機(jī)而已，還是電視機(jī)，電話和辦公桌，所以在今天這個(gè)時(shí)刻，網(wǎng)絡(luò)的重要性已經(jīng)趕上了硬盤和光驅(qū)。網(wǎng)絡(luò)的重要性不僅在PC端越來(lái)越重要，對(duì)與早已網(wǎng)絡(luò)化的服務(wù)器端而言，更是如此。本文就談?wù)劮?wù)器端虛擬化的Virtual networking技術(shù)。

綜述

首先，虛擬化有一個(gè)非常核心的思想，就是“一致性”，也就是說(shuō)，要讓Guest OS無(wú)法察覺(jué)它是在一個(gè)虛擬化的平臺(tái)上工作的。為了達(dá)到這個(gè)目的，VMM就需要虛擬出一個(gè)在功能上和物理的完全一致的虛擬網(wǎng)卡（Virtual Ethernet Adapter）讓Guest OS使用。其次，虛擬化還有一個(gè)非常重要的特性，就是“超額預(yù)訂（Oversubscribed）”，也就是說(shuō)，在大多數(shù)情況下，一臺(tái)物理機(jī)需要承載多個(gè)虛擬機(jī)，使得虛擬網(wǎng)卡的數(shù)量遠(yuǎn)大于實(shí)際物理網(wǎng)卡的數(shù)量，所以一個(gè)虛擬網(wǎng)卡無(wú)法直接占有一個(gè)物理網(wǎng)卡，那么為了解決這個(gè)問(wèn)題需要在虛擬網(wǎng)卡和物理網(wǎng)卡之間引入新的一個(gè)抽象層，稱為Virtual Switch，在功能上和物理的交換機(jī)接近，主要執(zhí)行虛擬網(wǎng)卡和物理網(wǎng)卡之間包的轉(zhuǎn)發(fā)，而且還提供諸如VLAN和安全等高級(jí)功能來(lái)更好地管理網(wǎng)絡(luò)流量。還有一點(diǎn)需要注意，雖然Virtual Switch和物理網(wǎng)卡常見配比為1:1，但是有時(shí)候?yàn)榱藥捄虷A的原因，Virtual Switch能控制多塊網(wǎng)卡。下面是VMware vSphere的Virtual Networking架構(gòu)：

圖1 Virtual Networking 的架構(gòu)圖（參【3】）

下面將為大家分別介紹虛擬網(wǎng)卡和Virtual Switch：

虛擬網(wǎng)卡（Virtual Ethernet Adapter）

在vSphere中，主要有三種虛擬網(wǎng)卡可供虛擬機(jī)選擇：

1. vLance 虛擬網(wǎng)卡，它的模型是AMD Lance PCNet32網(wǎng)卡，它在操作系統(tǒng)的兼容方面表現(xiàn)優(yōu)異，而且能在沒(méi)有安裝VMware Tools的情況下使用，常用于32位虛擬機(jī)。
2. e1000 虛擬網(wǎng)卡，它是對(duì)Intel E1000網(wǎng)卡近乎100%的模擬，也能在沒(méi)有安裝VMware Tools的情況下使用，而且對(duì)32位系統(tǒng)和64位系統(tǒng)都有支持，但常用于64位虛擬機(jī)。
3. vmxnet 系列虛擬網(wǎng)卡，它是一個(gè)半虛擬化設(shè)備，專為VMware虛擬化環(huán)境設(shè)計(jì)，并隨著VMware Tools安裝到虛擬機(jī)上。這個(gè)網(wǎng)卡是主要為高性能度身定做的，而且隨著VMware產(chǎn)品的不斷更新，這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了性能更好的vmxnet2和vmxnet3，特別是最近推出的vmxnet3，它不僅支持諸如MSI（Message Signaled Interrupt）/MSI-X和VMDirectPath等性能優(yōu)化技術(shù)，而且能非常好地支持IPv6。

對(duì)于這三種網(wǎng)卡的選擇，其實(shí)非常簡(jiǎn)單，如果追求速度，當(dāng)然是選擇vmxnet系列虛擬網(wǎng)卡，但如果嫌給虛擬機(jī)安裝VMware Tools麻煩的話，那就在32bit系統(tǒng)上使用vLance，在64bit系統(tǒng)上使用e1000。

因?yàn)樘摂M網(wǎng)卡的數(shù)量會(huì)遠(yuǎn)勝于實(shí)際物理網(wǎng)卡的數(shù)量，所以在管理方面會(huì)讓人很頭疼，所以VMware引入中一個(gè)非常重要的概念來(lái)簡(jiǎn)化虛擬網(wǎng)卡的管理，而且這個(gè)概念僅存在于Virtual Networking中，那就是Port Group。在物理環(huán)境，很難找到相似的概念，與Port Group最接近的就屬存在于某些Cisco交換機(jī)中SmartPort特性。雖然Port Group從其字眼上很難理解其含義，但是可以認(rèn)為它是虛擬網(wǎng)卡的配置模版，也就是說(shuō)，如果兩張?zhí)摂M網(wǎng)卡使用同一個(gè)Port Group，那么這兩種虛擬網(wǎng)卡在網(wǎng)絡(luò)設(shè)置上是一致的。Port Group主要包含下面這些屬性：

1. Virtual Switch的名字。
2. VLAN的ID。
3. NIC Teaming的策略。
4. Layer 2的安全選項(xiàng)。
5. 流量管理的參數(shù)。

Virtual Switch

簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)，Virtual Switch就是安裝在vSphere主機(jī)的軟件版的交換機(jī)以管理本地虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)流量，比如虛擬機(jī)管理流量，vMotion流量，IP存儲(chǔ)（iSCSI，NFS）流量和普通數(shù)據(jù)流量等。

它主要有三方面功能：

1. 最基本的第二層轉(zhuǎn)發(fā)（Layer 2 forwarding）。
2. 常用的創(chuàng)建和管理VLAN的功能，通過(guò)創(chuàng)建VLAN不僅能對(duì)各種流量進(jìn)行隔離，而且能夠?yàn)椴煌腣LAN設(shè)置不同服務(wù)水平（Service Level），以滿足不同的需要。
3. 除了上面這個(gè)兩個(gè)常見功能之外，Virtual Switch還支持安全功能,，流量管理，NIC Teaming，負(fù)載均衡，網(wǎng)絡(luò)失效檢查等功能。

雖然在功能上，Virtual Switch和普通的交換機(jī)都是非常相似的，但是它們之間還是存在一些區(qū)別：

1. Virtual Switch不需要通過(guò)探聽（Snooping）網(wǎng)絡(luò)流量來(lái)獲知MAC地址，因?yàn)樗ㄟ^(guò)諸如訪問(wèn)虛擬機(jī)的配置文件等手段來(lái)獲知虛擬機(jī)的MAC地址。
2. Virtual Switch不支持能減少機(jī)器之間多余回路（Loop）的生成樹協(xié)議（Spanning Tree Protocol），其原因是VMware架構(gòu)強(qiáng)調(diào)一層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，也就是說(shuō)，一個(gè)主機(jī)上的所有的Virtual Switch是無(wú)法直接溝通的，如果需要溝通的話，那就需要通過(guò)物理的交換機(jī)，也就是主機(jī)本身的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是平的，所以主機(jī)上的交換機(jī)就沒(méi)有使用生成樹協(xié)議的需要。

本篇結(jié)束，下篇將重點(diǎn)關(guān)注Virtual Switch。

參考資料：

1. VMware Virtual Networking Concepts。
2. The Great vSwitch Debate。
3. Virtual Network Components。