虚拟交换机和虚拟网络

当许多 VM 运行在同一台物理服务器上时，它们仍然需要彼此通信，也需要与外部世界通信。虚拟交换机（vSwitch）是位于虚拟机监控程序中的软件，其作用类似于物理交换机，但服务对象是虚拟机。

它在 VM 之间转发以太网帧，并通过主机的物理网卡将帧发送到外部，因此网络连接现在可以延伸到服务器内部。

每个 VM 都会获得一个或多个虚拟 NIC（虚拟网络接口卡）。对于客户 OS 来说，vNIC 看起来与真正的以太网适配器完全一样，并且拥有自己的MAC 地址（媒体访问控制硬件地址）。

vNIC 连接到虚拟交换机上的一个端口。接下来，虚拟机监控程序会决定流量是留在主机内部，还是离开主机进入物理 LAN。

虚拟交换机的工作方式与物理交换机类似：它会学习每个 MAC 地址位于哪个虚拟端口上，并且只将帧转发到应到达的位置。同一主机上两个 VM 之间的流量完全不会经过物理网线，因此速度极快。

当 VM 需要访问另一台主机或互联网时，vSwitch 会通过上行链路将帧发送出去；上行链路就是主机的真实网络适配器。

上行链路是主机上的物理 NIC，负责将虚拟交换机连接到真实网络。您可以将多个物理 NIC 绑定到一个 vSwitch，以获得更高带宽和冗余能力，这种技术称为NIC 组队或链路聚合。

如果一条上行链路网线发生故障，其他网线仍可让 VM 保持在线。没有上行链路时，vSwitch 就会变成隔离网络，VM 只能彼此通信。

虚拟交换机与硬件交换机一样支持VLAN（虚拟局域网）。您可以将 VM 放入不同的 VLAN，例如，即使 Web 服务器和数据库服务器位于同一台主机上，也能将它们隔离开。

vSwitch 会为帧添加 VLAN ID，然后通过中继上行链路将帧传递到物理网络，从而使虚拟世界到物理世界的网络分段保持一致。

虚拟机监控程序提供多种 vSwitch 连接模式：

• 外部：绑定到物理 NIC，因此 VM 可以访问 LAN 和互联网。
• 内部：VM 可以彼此通信，也可以与主机通信，但无法访问外部网络。
• 专用：VM 只能彼此通信，即使与主机之间也完全隔离。

选择正确的模式，可以精确控制 VM 流量能够传输多远。

许多桌面虚拟机监控程序提供NAT（网络地址转换）模式。VM 位于一个专用虚拟网络中，并共享主机的单个 IP 地址访问互联网，就像家庭设备共享一个公共地址一样。

NAT 非常适合实验环境，因为 VM 无需在真实 LAN 上拥有自己的地址即可访问互联网，但入站连接需要进行端口转发。

在大型数据中心中，分布式虚拟交换机可以跨越多台物理主机，并作为一个逻辑交换机进行管理。VMware vDS 及类似工具允许管理员只配置一次网络策略，然后将其应用到所有位置。

当 VM 在主机之间进行实时迁移时，网络配置会自动跟随 VM，而不必在每台主机上分别设置，因此各项设置能够保持一致。

SDN（软件定义网络）将控制平面（决定流量去向）与数据平面（实际转发流量）分离。中央控制器通过软件对网络进行编程，使网络更加灵活且自动化。

虚拟交换机非常适合 SDN：整个网络都可以通过代码进行定义、修改和扩展，而不必插拔网线，这对于云规模的网络至关重要。

现代故障排查往往最终要深入主机内部。一个无法连接网络的 VM，可能是因为其 vNIC 连接到了错误的 vSwitch 或错误的 VLAN，也可能是因为上行链路已断开。了解虚拟层可以避免花费数小时排查其实并无问题的物理网线。

相同的概念（交换机、VLAN、MAC 地址）仍然适用，只是它们在虚拟机监控程序中通过软件实现。

VM 的 vNIC 插入 vSwitch 端口；vSwitch 会立即转发本地流量，并通过上行链路将外部流量发送到物理 LAN，还可以选择为流量添加 VLAN 标签。选择外部、内部、专用或 NAT 模式可以控制网络可达范围，而分布式交换机和 SDN 则能将这一设计扩展到整个数据中心。

测试您对虚拟网络模式的理解。

虚拟交换机使用 VM 的虚拟 NIC在 VM 之间转发帧，并通过上行链路连接到物理网络。vSwitch 支持 VLAN，并提供外部、内部、专用和 NAT 模式来控制网络可达范围。分布式交换机和SDN可以将这一设计扩展到各个数据中心，因此网络故障排查现在也延伸到了主机内部。