硬科技：科科們了解SmartNIC和DPU前需要知道的網路虛擬化

大概在10多年前，在台北慶城街附近的某間咖啡館，筆者某位後來舉家搬到美國加州灣區的友人，正聚精會神的面對著ThinkPad X61。不學無術的筆者一踏進屋內，就問他到底悶著頭在幹嘛，一看才知道他正在VMware上跑個好幾個Juniper的路由器作業系統JunOS，模擬公司內幾個跨國資料中心的路由連結架構，想也知道又是一堆難搞的路由協定，像BGP OSPF IS-IS IGRP之類的。

時至今日，隨著電腦運算效能的急速成長，與虛擬化技術的快速普及，昔日需要動用大量硬體設備的應用環境，像用來測試驗證IT環境的實驗室，現在只要1台伺服器甚至1台個人電腦，就可輕鬆搞定。在20年前，很多人還需要研究如何讓個人電腦可以雙作業系統開機，自從Windows 8開始內建從Windows Virtual PC演進而來的Hyper-V，這種需求也幾乎銷蹤匿跡了。

硬科技：為何x86的虛擬化這麼難搞(上)
硬科技：為何x86的虛擬化這麼難搞(中)
硬科技：為何x86的虛擬化這麼難搞(下)
硬科技：x86虛擬化由內到外還是繼續難搞(上)
硬科技：x86虛擬化由內到外還是繼續難搞(中)
硬科技：x86虛擬化由內到外還是繼續難搞(下)

對於一般個人電腦和單一實體伺服器來說，虛擬機的網路部份，不外乎每個虛擬機都有自己的虛擬網卡、虛擬MAC和IP位址，對外連網時，這些虛擬機共享所屬硬體的物理網路卡，對內虛擬機之間的通信，則透過Hypervisor的虛擬交換器。但如果科科就以為這就叫做「網路虛擬化」，那就太有違科科們站在時代浪頭的身份了。

就問一個最簡單的問題：資料中心和企業網路，不同實體伺服器之間的虛擬機，也需要互通有無，這時候該怎麼辦？

硬科技：在了解Smart NIC和DPU前科科需要知道的軟體定義網路(上)
硬科技：在了解Smart NIC和DPU前科科需要知道的軟體定義網路(下)

在2012年，由3位軟體定義網路先驅者 (OpenFlow發明者Martin Casado、他的導師Nick McKeown和Scott Shenker) 成立才剛4年都還沒獲利的Nicira公司，靠著NVP (Network Virtualization Platform) 網路虛擬化平台、自有OpenFlow控制器、與功能凌駕於Cisco Nexus 1000V的虛擬交換器OpenvSwitch (OVS)，被VMware以12.6億美元的天價所併購。

1年之後，VMware整合自家的vDS (vSphere Distributed Switch) 和買來的NVP，推出無人不知無人不曉的NSX平台，而這也充分彰顯了網路虛擬化的價值：將邊緣交換器「推入」到伺服器內，不同實體伺服器的虛擬機可相互通訊，簡化伺服器和虛擬機的佈署。

那問題又來了，那麼「網路虛擬化」究竟是什麼？說穿了就讓虛擬機之間的連接，透過Tunnel技術實做，將L2乙太網路的框訊 (Frame)，包裝在L3協定的封包 (Packet)。

Tunnel可運行於實體物理網路，而實體網路對於虛擬機來說是「透明」的。如此一來，遷移虛擬機時，僅需調整Tunnel，無須修改Mac和IP，更動不到實體網路設備，一切都是軟體層面的自動化作業。此外，如同VLAN，Tunnel都會附帶獨立虛擬網路的標示，不同虛擬網路不能直接通信，形同天然的安全隔離。一個完整的網路虛擬化平台，自然也免不了負載平衡、VPN和防火牆等傳統網路管理需要的必備功能。

目前網路虛擬化領域主要有3種Tunnel技術，分別是VMware的VxLAN (Virtual eXtensible Local Area Network)、微軟的NvGRE (Network virtualization GRE) 和Nicira的STT (Stateless Transport Tunnel)，然後還有由IEFT (Internet Engineering Task Force) 所提出、號稱「集前三者之大成」並「考慮到所有應用場景」的GENEVE (Generic Network Virtualization Encapsulation)。筆者直接整理成表，科科們只要大略了解這些東西在幹嘛就可以了。

當然，網路虛擬化和虛擬交換器的額外價值，不外乎可因應虛擬網路的實際連接架構，精簡掉一大堆根本用不到的物理層的功能與協定，如自動計算產生L2連接路徑的STP (Spanning Tree Protocol)，並搭配其他廠商的軟體，擴展出原本並未具備的安全防護與網路管理機能。也因此，這些年來，網路虛擬化一直是各路英雄好漢的兵家必爭之地。

回到軟體定義網路 (SDN) 的觀點，網路虛擬化刺激了SDN的蓬勃發展，而SDN替網路虛擬化提供了更強大的自動化手段，兩者相得益彰。請各位科科務必牢記在心，科科。