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在虛擬化和云計(jì)算環(huán)境中，Linux Bridge和Open vSwitch（OVS）都是用于構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組件。它們提供了二層交換功能，并且能夠?qū)⑻摂M機(jī)或容器連接到物理網(wǎng)絡(luò)中。然而，兩者在實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)和技術(shù)特性上有所不同，下面我們將深入探討這兩種技術(shù)是如何工作的，以及它們?nèi)绾螀f(xié)同工作以滿足復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)需求。
一、Linux Bridge簡(jiǎn)介
Linux Bridge是Linux內(nèi)核自帶的一個(gè)輕量級(jí)的二層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，它允許你創(chuàng)建一個(gè)虛擬的以太網(wǎng)交換機(jī)，通過它可以連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口（包括物理和虛擬的）。Linux Bridge的主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，適合于小型部署或不需要復(fù)雜配置的情況。
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基本功能
- 創(chuàng)建和管理虛擬網(wǎng)絡(luò)接口。
- 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的MAC地址學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)。
- 支持VLAN標(biāo)簽處理。
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局限性
- 缺乏高級(jí)特性和擴(kuò)展能力，如隧道支持、QoS等。
- 性能不如專門設(shè)計(jì)的解決方案（如OVS）。
二、Open vSwitch簡(jiǎn)介
**Open vSwitch (OVS)**是一個(gè)開源的虛擬交換平臺(tái)，旨在提供更強(qiáng)大的功能集，適用于大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)虛擬化。它不僅具備傳統(tǒng)交換機(jī)的所有功能，還增加了許多新的特性，例如對(duì)多種隧道協(xié)議的支持、流表規(guī)則編程、分布式哈希表（DHT）等。
- 高級(jí)特性
- 支持VXLAN、GRE、STT等多種隧道協(xié)議。
- 可編程的數(shù)據(jù)包匹配和處理規(guī)則（通過OpenFlow協(xié)議）。
- 內(nèi)置負(fù)載均衡和服務(wù)質(zhì)量（QoS）控制。
- 高度可擴(kuò)展性和性能優(yōu)化。
組件間的交互
OpenFlow Controller與OVSDDB Manager:
交互方式: OpenFlow控制器通過標(biāo)準(zhǔn)的OpenFlow協(xié)議與OVSDDB Manager通信，下發(fā)流表規(guī)則和其他配置信息。
流程: 控制器發(fā)送配置請(qǐng)求，OVSDDB Manager接收并處理這些請(qǐng)求。
OVSDDB Manager與ovsdb server:
交互方式: OVSDDB Manager通過OVSDB協(xié)議與ovsdb server通信，進(jìn)行配置信息的讀取和寫入。
流程: OVSDDB Manager根據(jù)控制器的請(qǐng)求，向ovsdb server發(fā)送相應(yīng)的命令，如添加、刪除或修改配置信息。
ovsdb server與vswitchd:
交互方式: ovsdb server通過內(nèi)部接口與vswitchd通信，傳遞配置信息。
流程: ovsdb server將配置信息同步給vswitchd，vswitchd根據(jù)這些信息更新其轉(zhuǎn)發(fā)邏輯。
vswitchd與Kernel Space:
交互方式: vswitchd通過openvswitch.ko模塊與內(nèi)核空間通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的高效轉(zhuǎn)發(fā)。
流程: vswitchd根據(jù)流表規(guī)則處理數(shù)據(jù)包，并通過openvswitch.ko模塊將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到適當(dāng)?shù)奈锢砭W(wǎng)絡(luò)接口。
三、Linux Bridge與OVS之間的協(xié)作
盡管Linux Bridge和OVS都可以獨(dú)立工作，但在某些情況下，它們也可以一起使用來構(gòu)建更加靈活和高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。以下是幾種常見的協(xié)作方式：
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混合模式
- 在這種模式下，Linux Bridge和OVS可以共存于同一系統(tǒng)中，各自負(fù)責(zé)不同的網(wǎng)絡(luò)段。例如，Linux Bridge可以用于簡(jiǎn)單的內(nèi)部通信，而OVS則用來處理需要更高級(jí)功能的部分，如外部連接或跨主機(jī)通信。
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集成模式
- OVS可以直接替代Linux Bridge作為主要的二層交換機(jī)。在這種情況下，所有虛擬接口都被添加到OVS橋上，而不是傳統(tǒng)的Linux Bridge。這樣可以獲得更好的性能和更多的功能選項(xiàng)。
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組合模式
- 將Linux Bridge用作OVS的一個(gè)端口。這使得可以通過Linux Bridge連接到其他非OVS管理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)仍然利用OVS提供的高級(jí)特性。例如，可以在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上使用Linux Bridge來連接本地虛擬機(jī)，然后通過OVS進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。
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安全組功能
- OVS通常會(huì)集成安全組規(guī)則的應(yīng)用程序，這些規(guī)則定義了允許哪些類型的流量進(jìn)出虛擬機(jī)。當(dāng)結(jié)合Linux Bridge時(shí)，可以通過veth pair（虛擬以太網(wǎng)對(duì)）將Linux Bridge連接到OVS，從而確保安全策略的有效實(shí)施。
四、圖解Linux Bridge與OVS的工作流程
為了更好地理解Linux Bridge與OVS之間的關(guān)系，我們可以繪制一張簡(jiǎn)化的圖示來展示它們是如何共同工作的。這張圖將包括以下幾個(gè)部分：
- 計(jì)算節(jié)點(diǎn)：包含運(yùn)行中的虛擬機(jī)實(shí)例。
- Linux Bridge：用于連接虛擬機(jī)的本地網(wǎng)絡(luò)接口。
- Open vSwitch：提供高級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如隧道、負(fù)載均衡等。
- 物理網(wǎng)絡(luò)接口：連接到實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)。
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| | | |
| 計(jì)算節(jié)點(diǎn) | | Open vSwitch |
| | | |
| +-------------+ | | +----------------+ |
| | | | | | | |
| | Linux | | | | Tunnel | |
| | Bridge |==|===>+--+--|->| Interface | |
| | | | | | | | |
| +-------------+ | | | +----------------+ |
| | | | |
| +-------------+ | | | +----------------+ |
| | VM1 | | | | | Physical | |
| | (veth pair)|==|===>+----|->| Network | |
| | ... | | | | | Interface | |
| +-------------+ | | | +----------------+ |
| | | | |
+-------------------+ | +---------------------+||v+------------+| || 物理網(wǎng)絡(luò) || |+------------+
上面的圖AI生成
在這張圖中，我們看到Linux Bridge直接連接到虛擬機(jī)（VM），并通過veth pair與OVS相連。OVS進(jìn)一步處理數(shù)據(jù)包，比如添加隧道封裝或者執(zhí)行基于流表的轉(zhuǎn)發(fā)決策，最后通過物理網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送出去。反過來，從物理網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)包也會(huì)經(jīng)過類似的路徑到達(dá)目標(biāo)虛擬機(jī)。
五、結(jié)論
Linux Bridge和OVS各有優(yōu)劣，選擇哪一種取決于具體的使用場(chǎng)景和技術(shù)需求。對(duì)于需要簡(jiǎn)單快速設(shè)置的小型環(huán)境來說，Linux Bridge可能是最好的選擇；而對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心或云平臺(tái)，則應(yīng)該考慮采用OVS來獲得更高的靈活性和性能。此外，在某些特定的情況下，兩者還可以相互補(bǔ)充，形成一個(gè)更為強(qiáng)大和穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。