CN105453523A - 大型数据中心中对虚拟机移动性的处理 - Google Patents

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CN105453523A CN201480044847.8A CN201480044847A CN105453523A CN 105453523 A CN105453523 A CN 105453523A CN 201480044847 A CN201480044847 A CN 201480044847A CN 105453523 A CN105453523 A CN 105453523A
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Abstract

在网络中被配置为托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机的物理设备处，于所述虚拟交换机处接收来自被直接附接到该虚拟交换机的源虚拟机的分组。指示了分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址根据分组而被识别。响应于确定在可由虚拟交换机访问的MAC地址数据库中不存在分组的目的地MAC地址，分组的目的地MAC地址被用与网络中多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换。

Description

大型数据中心中对虚拟机移动性的处理
技术领域
本公开涉及在大型数据中心环境中的虚拟机迁移期间维持流量流。
背景技术
随着高度虚拟化的工作负载的出现和向云部署方向驱使，有必要具有支持高度可扩展的弹性模型的网络基础设施以确保资源(例如，存储、网络和计算)被高效利用并且可以基于用户/客户需求而被按需供应。虚拟化允许虚拟机移动性，使得虚拟机能够进行从一个物理服务器到另一物理服务器的有状态迁移，并且该虚拟化是动态按需供应资源的完整范例。
附图说明
图1A是示出了被附着到在物理设备中运行的虚拟交换机的虚拟机的示例网络拓扑的框图，并且其中本文中所呈现的技术可以被用于处理在不同物理设备中运行的虚拟交换机之间的一个或多个虚拟机的迁移，该一个或多个虚拟机被附接到网络拓扑中的不同的物理交换机。
图1B示出了在虚拟机从一个物理设备迁移到另一物理设备之前，与虚拟机相关联的地址解析协议(ARP)缓存的内容的示例。
图2A是与图1A相似但在最初被连接到在第一物理设备中运行的第一虚拟交换机的虚拟机迁移到在被附接到与第一物理设备不同的物理交换机的第二物理设备中运行的第二虚拟交换机之后的图示，以及与不同物理设备上的两个虚拟机之间的流量流相关联的报头信息。
图2B是与图1B相似的图，但是示出了针对图2A中所描述的情境迁移后虚拟机的ARP缓存的内容。
图3A是与图2A相似但在最初被连接到在第一物理设备中运行的第一虚拟交换机的虚拟机迁移到在被附接到与第一物理设备不同的物理交换机的第二物理设备中运行的第二虚拟交换机之后的图示以及与已迁移的虚拟机和相同物理设备上的另一虚拟机之间的流量相关联的报头信息。
图3B是与图2B相似的图，但是示出了针对图3A中所描述的情境迁移后虚拟机的ARP缓存的内容。
图4描绘了根据本文中所公开的技术，目的地媒体访问控制(MAC)地址与网络拓扑中的多个物理交换机相关联的共享MAC地址的替换。
图5是描绘了在物理设备处被执行以确定分组的DMAC地址是否将被共享MAC地址替换的操作的流程图。
图6是根据本文中所呈现的技术，被配置为执行图5中所描绘的操作的物理设备的示例框图。
具体实施方式
概述
提供了用于在虚拟机从一个物理设备迁移到另一物理设备期间维持流量流的技术。这些技术可以被实施为计算机可读存储介质中的方法、装置或指令。在网络中被配置为托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机的物理设备处，于虚拟交换机处接收来自与该虚拟交换机通信的源虚拟机的分组。目的地媒体访问控制(DMAC)地址从分组中被识别，该DMAC地址指示分组的目的地主机(可以是虚拟主机或物理主机)。做出关于在可由虚拟交换机访问的媒体访问控制(MAC)地址的数据库中是否存在分组的DMAC地址的确定。如果该确定指示在MAC地址的数据库中不存在DMAC地址，则分组的DMAC地址被用与网络中多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换。分组然后用作为DMAC地址的共享MAC地址被转发，以便到达目的地主机。
示例实施例
本文中所呈现的技术包括在虚拟机从网络中的一个物理设备迁移到另一物理设备期间维持流量流。本文中所描述的技术特别地对于大规模数据中心环境(包括具有基于Clos架构的数据中心)是有用的。
虚拟机除了具有与物理机器等同的功能，还具有能够位于任意物理主机或服务器的额外的优点。在一个方法中，虚拟机被附接到在超级管理程序(hypervisor)上运行的虚拟交换机设备，该管理管理程序分配资源以允许多个虚拟机通过一个或多个虚拟网络接口(VNic)共享单个硬件主机。虚拟机可以基于网络的特性迁移到或者被重新分配给不同的物理设备(例如，主服务器)。
首先参考图1A。图1A示出了被连接到第一物理设备110和第二物理设备120的示例脊-叶(spine-leaf)集群网络拓扑100。如下文中所更详细描述的，物理设备110和120可以是能够运行虚拟机和虚拟交换机的服务器计算机。第一物理设备110还被称为物理设备A，且第二物理设备120还被称为物理设备B。
网络拓扑100包括多个统一由标号140表示的脊交换机S1-Sn和统一由标号150表示的叶交换机L1-Lm。脊交换机140通过网络结构160(例如，思科系统的结构路径(FabricPath)技术、IETF多链路透明互连(TRILL)技术或VxLAN技术)连接到叶交换机150。每一个叶交换机被连接到物理设备，托管(host)一个或多个虚拟交换机设备和一个或多个虚拟机。此外，脊交换机140和叶交换机150被示为是完全网状的，其中经由网络结构160，每一个叶交换机被连接到每一个脊交换机，并且每一个脊交换机被连接到每一个叶交换机。脊交换机140和叶交换机150一起形成了可扩展多路径数据中心结构的骨干。出于示例的目的，每一个叶交换机还被称为“架顶”(ToR)交换机。
每一个叶交换机和每一个脊交换机可以支持由开放系统互连(OSI)模型第2层或第3层所定义的功能。每一个叶交换机可以有能力执行地址查找操作(例如，互联网协议(IP)地址或MAC地址查找)。因此，应该理解叶交换机和脊交换机可以具有交换或路由能力。
在图1A的示例中，物理设备A110运行托管虚拟机H1、H2和H3的虚拟交换机(被表示为vswitch-1)，并且被连接到叶交换机L1。物理设备B120运行托管虚拟机H4和H5的虚拟交换机(被表示为vswitch-m)，并且被连接到叶交换机Lm。也就是，托管虚拟机H1、H2和H3的vswitch-1被连接到叶交换机L1，并且托管虚拟机H4和H5的vswitch-m被连接到叶交换机Lm。针对该示例，所有主机(host)被认为在相同的子网(例如，1.1.1.0/24)内。
此外，如图1A中所示，共享的媒体访问控制(MAC)地址170是任播(Anycast)网关(GW)MAC地址“00:00:de:ad:be:ef”，并且共享的任播互联网协议(IP)地址180是“1.1.1.254/24”。这些将在下面更详细地进行描述。
还应该认识到，图1A中的拓扑只是作为示例被示出，并且在网络100中可以存在物理服务器、叶、脊、虚拟交换机设备和虚拟机的任意数量的组合。
为了产生可扩展的网络结构，一种方法是将第3层边界向下移动到ToR接入层(例如，叶交换机处)并终止地址解析协议(ARP)/邻居发现(ND)协议，这具有在ToR接入层跨越网络洪泛流量的能力，由此减少了对由宽结构的洪泛、广播或多播引起的网络性能的负面影响。此外，能够跨越多个ToR的子网的优点应该被保留以继承由传统的第2层访问架构提供的灵活性。
图1A中所示的架构通过将第3层访问边界移动到ToR(例如，叶交换机处)并针对子网内或者跨越子网的流量执行基于IP的转发(路由)来提供所有这些益处，子网可被分布于多个ToR间。这些益处通过具有用于集群的共享MAC地址以及每个子网的共享IP地址而被实现。
针对跨越子网的通信，默认的网关到MAC绑定(binding)被保留在主虚拟机上，并且地址解析协议(ARP)缓存不需要被清除，由此避免了流量损失。然而，针对本地子网主机，因为第3层边界被移动到ToR交换机并且子网被分发以避免未知的单播洪泛，所以ToR将需要代理以用于对相同子网中的远程主机进行ARP请求。然而，针对本地子网主机(即，附接到相同虚拟交换机的相同子网内的主机)，ToR交换机不应该代理ARP请求以便避免本地虚拟机之间流量的发夹(hair-pinning)。
每一个虚拟交换机存储包括它正在托管的每个虚拟机的MAC地址的MAC地址表和相关的接口信息。当最初“登入”或加入网络100时，虚拟机H1-H5中的每一个被分配上下文标识符，该上下文标识符可以包括IP地址(例如，IP第4版(IPv4)地址或IP第6版(IPv6)地址)、MAC地址和与虚拟机的VLAN相关联的端口号以及其他事物。上下文标识符可以例如使用动态主机配置协议(DHCP)而被分配给虚拟机H1-H5。
每一个虚拟交换机可以标识或识别被连接到虚拟交换机设备的主机(例如，虚拟机)的MAC地址，并且可以将该信息存储于MAC地址表中。在传统的第2层学习方法中，希望与第二设备进行通信的第一设备将帧发送到交换机，该帧包括：标识了第一设备的MAC地址的源MAC(SMAC)地址和标识了第二设备的MAC地址的DMAC地址，以及其他事物。在接收到帧时，交换机将评估帧以确定SMAC地址，并且将帧的SMAC地址和接收到帧的端口存储在MAC地址表中。对于虚拟交换机(例如，vswitch-1)，针对直接附接的主机无需传统的第2层学习方法。对于虚拟交换机，虚拟机H1的VNic连接到vswitch-1。因此，只要虚拟机H1一被上电，与虚拟机H1的VNic相关联的MAC地址就静态地被安装到vswitch-1的MAC地址表中。换言之，针对直接附接的主机，虚拟机不需要为了将虚拟机的SMAC地址存储在虚拟交换机的MAC地址表而经由VNic发出流量。此外，与托管虚拟机H1的物理设备A110相关联的物理端口可以被映射到与由物理设备A托管的虚拟机相关联的多个虚拟端口。
Vswitch-1还评估帧以确定DMAC地址。如果DMAC地址不被存储在vswitch-1的MAC地址表中，则vswitch-1将在相同广播域中在它的每个端口间(除了帧在其上被接收的端口)洪泛该分组。如之前所陈述的，传统的第2层学习方法不应用于直接附接的VNic。然而，针对不直接附接到vswitch的远程主机或虚拟机，仍然应用规则的第2层语义。换言之，如果在虚拟交换机处发生第2层查找未命中(例如，在虚拟交换机的MAC地址表中未发现DMAC地址)，则vswitch将在广播域或段内洪泛分组，以使得所期望的目的地接收分组。当从目的地接收响应时，虚拟交换机将学习到(目的地的)SMAC地址，以使得随后的通信可以被单播。
如果在vswitch-1的MAC地址表中发现了DMAC地址，则帧经由与DMAC地址相关联的端口被转发到DMAC地址。当从虚拟机H1接收到通信(具有对应于虚拟机H2的DMAC地址)时，vswitch-1使用所存储的虚拟机H2的MAC地址来转发分组。在该示例中，虚拟交换机通过允许虚拟机直接与附接到相同虚拟交换机并位于相同子网、虚拟局域网(vlan)、段或网桥域内的其他虚拟机进行通信来支持第2层交换。
为了与不同子网中的虚拟机或者位于不同物理服务器上的相同或不同的子网中的远程虚拟机进行通信，通信的分组被转发到ToR交换机(例如，图1A中的叶交换机)以经历第3层转发来到达目的地虚拟机。针对被连接到叶/ToR交换机的给定虚拟交换机，其中虚拟交换机托管一个或多个虚拟机，在附接到相同虚拟交换机设备的相同子网中的虚拟机之间的通信应该利用虚拟交换机的默认的第2层转发行为来通过最优的路径进行通信。针对位于不同物理服务器的相同或不同的子网中的远程虚拟机，叶/ToR交换机上行链路应该被使用。每一个叶/ToR交换机被配置为对与不同物理服务器上的虚拟交换机设备的通信进行管理。
为了协助到远程虚拟机、被连接到不同ToR交换机的虚拟机或者不同子网上的机器的通信，共享MAC地址可以被使用。共享MAC地址被设置为在网络环境中非自然发生的MAC地址。因此，每一个虚拟交换机将在其MAC地址表中包含除了被连接到虚拟交换机的虚拟机的MAC地址之外的共享MAC地址。在另一方法中，物理设备或服务器可以被分成多个群组，其中每一个群组被分配一共享MAC地址。
任播(共享MAC地址)是通过使用任播地址来对单个客户端和“最近的”目的地服务器之间的分组流进行指引的通信范例。为了实现该目的，单个任播地址被分配给包含在任播组内的一个或多个服务器。对将接收任播寻址的分组的目的地服务器的选择基于多种标准，并且可以包括诸如网络拓扑(例如，与一个或多个路由路径相关联的最低开销或最少数量的路由器跳)或应用度量(例如，可用容量、所测量的响应时间、活动连接的数量等)之类的因素。任播通过允许连接请求被分发到许多不同的服务器主机间来提供了平衡和分发连接负载的途径，并且因此，有助于更好的网络性能和改善的可扩展性。
虚拟机可以通过将任播地址放置到分组报头中来将分组发送到任播服务器。网络然后将试图将分组传送到具有匹配的任播地址的服务器。任播网关MAC地址可以被配置在虚拟交换机设备上，或者可以通过表述性状态转移(REST)(应用程序接口)API被传输到虚拟交换机设备、或者可能使用类似于IEEE802.1Qbg虚拟站接口发现协议(VDP)的第一跳协议中的扩展从ToR下来。ToR上的转发信息库(FIB)基于IP路由表中的信息来维护下一跳地址信息，并且被设计以优化目的地地址查找。此外，相同的方法可以被应用于IPv4和IPv6流量。
ARP缓存提供了IP地址到MAC地址的映射，实质上将第3层(网络/IP寻址)链路到第2层(数据链路/以太网寻址)。ARP可以被用于在联网设备之间发送和接收一系列消息以建立IP到MAC地址的映射。例如，如果被连接到vswitch-1的虚拟机H1希望与相同子网中的虚拟机H2进行通信，并且虚拟机H1不具有之前存储在其ARP表中的虚拟机H2的MAC地址，则虚拟机H1可以发出被广播到网络的ARP请求，包含其希望进行通信的目的地虚拟机的目的地IP地址(即，在该情况下，虚拟机H2的IP地址)。具有匹配IP地址的虚拟机(即，在该情况下，虚拟机H2)将响应以ARP回复消息。当接收ARP回复消息时，虚拟机H1将识别与向广播IP地址发送回复的虚拟机相对应的MAC地址，并且将(MAC地址与IP地址的)关系存储在ARP表中(例如，ARP缓存)。此外，被配置为任播服务器的物理设备将使用任播MAC地址来响应ARP请求。在一些实施例中，ARP缓存大约每四个小时被刷新或更新。
因此，返回参考图1A，针对从虚拟机H1到虚拟机H4的通信，其中虚拟机H4相比虚拟机H1被附接到不同的叶交换机，从虚拟机H1发送的分组的报头包括作为DMAC地址的共享MAC地址。当接收到时，vswitch-1识别到来的分组的共享MAC地址，并将通信转发到叶/ToR交换机L1。ToR交换机然后转发(也叫做路由)通信直到到达其期望的目的地。在该情境下，来自虚拟机H1的分组的报头还将包含虚拟机H4的IP地址以便到达其期望的目的地。
现在参考图1B。与所有主机(例如，H1-H5)进行活动通信的虚拟机H1包含图1B中所示的ARP缓存。ARP缓存是列出了虚拟机H1与其进行通信的其他虚拟机的MAC地址和IP地址之间的对应的表。特别地，针对不由与虚拟机H1相同的服务器/物理设备托管的虚拟机(例如，H4和H5)的ARP条目被分配共享MAC地址/任播GWMAC地址。针对由与虚拟机H1相同的服务器/物理设备托管的虚拟机例如，H2和H3)的ARP条目被分配目的地虚拟机的实际物理MAC地址。ARP缓存还包含任播IP地址180，将共享MAC地址(任播GWMAC地址)170映射到任播IP地址180。
总之，图1A的通信如以下方式进行。针对位于相同段/子网内的(附接到相同虚拟交换机的)虚拟机之间的通信，虚拟机之间的流量可以通过物理MAC地址被直接转发。针对附接到不同虚拟交换机(即，相同或不同段/子网内的远程主机)的虚拟机之间的通信，流量被虚拟交换机转发到ToR，该ToR通过被设置为共享MAC地址的DMAC地址(例如，任播GWMAC地址)来执行基于IP的转发(路由)。
现在参考图2A和2B以用于描述虚拟机H1已从物理设备A110迁移到物理设备B120(例如，基于物理设备A110和/或物理设备B120的处理能力或者针对迁移虚拟机H1的各种其他原因中的任意一个)的情境。例如，即使虚拟机H1最初被分配给物理设备A110(如图1A所示)，但后来物理设备A110可能具有降低的处理带宽和/或物理设备B120可能具有增加的处理带宽。因此，由物理设备B120代替物理设备A110来托管虚拟机H1可能在操作上更加有效。应该认识到，虚拟机H1-H5中的任意一个可以被重新分配给网络中的任意其他物理设备。
当虚拟机迁移到新的物理设备时，下层协议/网络堆栈和位于已迁移的虚拟机中的应用未意识到虚拟机已经移动，并且因此在不破坏或重置的情况下继续发送/接收流量。然而，因为与已迁移的虚拟机相关联的物理寻址还未更新以反映新的环境，所以来自已迁移的虚拟机的流量将在新的虚拟交换机设备处遭受第2层查找未命中，如以下所更详细解释的。
在图2A中，当虚拟机H1从物理设备A110迁移到物理设备B120，并且由此从vswitch-1迁移到vswitch-m时，虚拟机H1保留来自其之前位置的上下文标识符信息(例如，IP地址和MAC地址)。
图2B示出了虚拟机H1迁移到vswitch-m后的ARP缓存。虚拟机H1的ARP缓存不根据迁移自动进行更新，并且反映了其之前的连通性，以标号190示出。当前在物理服务器B120上的已迁移的虚拟机的ARP缓存被填充以来自物理服务器A110的虚拟机的MAC地址。因此，虚拟机H1的ARP缓存仍然包含虚拟机H2与H3的物理MAC地址和针对虚拟机H4与H5的共享MAC地址。因此，如果虚拟机H1试图在迁移后将数据包发送到虚拟机H2，则因为vswitch-m在其MAC地址表中不包含虚拟机H2的MAC地址，所以在vswitch-m中将发生第2层查找未命中。
因此，这些分组被vswitch-m认为是未知的单播，并被发送到叶/ToR交换机。然而，由于叶交换机Lm不会立即识别出仍然是虚拟机H2的MAC地址的特定DMAC地址，因此在ToR处还将发生第2层查找未命中。具体地，因为DMAC地址不是路由器MAC地址(例如，与路由器相关联的MAC地址)，所以ToR将不能够对来自vswitch-m的分组进行路由。因此，分组在ToR处还将遭受第2层查找未命中，并将被丢弃，从而影响现有的流并且不利于虚拟机移动性的无缝行为的目标。
尽管分组原则上在第2层进行交换，但这将导致完全跨越巨大结构并且向端主机的分组洪泛，这与大规模数据中心架构的基本的可扩展目标矛盾。
因此，一种确保虚拟机移动性事件后的所有流量继续无缝地流动的方法是，在虚拟交换机的MAC地址表中不存在DMAC地址的情况下，用共享MAC地址或任播网关MAC地址(也叫做，路由器MAC地址)替换DMAC地址。该替换只被执行用于单播DMAC地址，并且不用于多播(即，多目的地)DMAC地址。从而，虚拟交换机然后将流量转发到ToR，其中流量将经过基于IP的FIB查找表，并且在第3层被转发以到达目的地虚拟机。该方法将允许对虚拟机迁移后的流量无缝地进行处理。
返回参考图2A，该方法的示例被示出。根据本文中所描述的技术，与被从虚拟机H1发送到虚拟机H2的帧相关联的报头信息的示例以标号210示出，其中，SMAC是“00:00:01:01:01:01”，DMAC地址是“00:00:de:ad:be:ef”，源IP(SIP)被示为“1.1.1.1”，并且目的地IP(DIP)被示为“1.1.1.2”。在该示例中，DMAC地址被示为共享MAC地址(即，任播GWMAC地址)。具体地，根据本文中所描述的技术，最初被设置为“00:00:01:01:01:02”的虚拟机H2的DMAC地址被用任播GWMAC地址“00:00:de:ad:be:ef”替换。
总之，在当虚拟机已经移动到不同虚拟交换机并且其中虚拟机的ARP缓存针对移动保持不变的情况下，针对虚拟机H1和H1之间继续的通信，虚拟交换机将确定已经发生第2层查找未命中，并且将用共享MAC地址替换单播DMAC地址(例如，虚拟机H2的MAC地址)并将流量流转发到叶交换机。因此，来自已迁移的虚拟机的流量的报头将包含与源机器的物理MAC地址对应的SMAC地址、是共享MAC地址的DMAC地址、是源机器的源IP地址的SIP以及目的地虚拟机的IP地址。
分组在第3层照例被转发，并且不需要叶交换机存储远程主机的MAC地址或者跨越网络结构并向端主机转发未知的单播(例如，洪泛)。从虚拟机H2到虚拟机H1的反向流量将由vswitch-1以相似的方式进行处理。
现在参考图3A和图3B以用于已迁移的具有发送到居于本地的虚拟机的流量(例如虚拟机H1和虚拟机H4之间)，再者虚拟机H1被迁移后的情况。在该情况下，即使虚拟机H1和H4当前对于彼此是本地的(即，附接到相同的虚拟交换机)，但因为虚拟机H1的ARP缓存还未被更新以反映虚拟机H4的邻近，所以通信将继续通过叶交换机Lm进行。因此，直到虚拟机H4的ARP条目在虚拟机H1的ARP缓存中被重新更新，通信将继续通过叶交换机Lm进行。
根据本文中所描述的技术，与被从虚拟机H1发送到虚拟机H4的帧相关联的报头信息的示例在图3A中以标号310示出，其中SMAC是“00:00:01:01:01:01”，DMAC地址是“00:00:de:ad:be:ef”，SIP被示为“1.1.1.1”，并且DIP被示为“1.1.1.4”。在该示例中，DMAC地址是任播GWMAC地址。
当更新了虚拟机H1的ARP表中的虚拟机H4的ARP缓存条目时，通过用虚拟机H4的MAC地址(即，00:00:01:01:01:04)替换共享MAC地址，虚拟机H1和H4之间的通信将由vswitch-m直接进行交换而无需将通信转发到叶交换机Lm。针对虚拟机H4和H1之间的通信方案的反向流量将以相似的方式进行处理。
图3B示出了虚拟机H1迁移到不同物理服务器(vswitch-m)后的ARP缓存。具体地，当前与虚拟机H1在相同物理设备上的虚拟机(即，虚拟机H4)的ARP条目以标号320示出。
因此，本文中所描述的技术确保了所有流量在虚拟机迁移后继续无缝地流动，同时避免了第2层广播/洪泛的误区，并允许清洁的、高度可伸缩的第3层基于ToR的数据中心设计被维持。此外，本文中所描述的技术不依赖于已迁移的虚拟机或者与已迁移的虚拟机进行通信的虚拟机上的“ARP条目修补”。此外，因为已经在其中发生第2层查找的到来的分组被转发到ToR(其中具有现在是路由器MAC地址(即，共享MAC地址)的DMAC地址)，并且ToR将照例对分组进行路由，所以这些技术不需要修改ToR。因此，由于本文中所描述的技术不需要由典型的虚拟交换机支持的核心转发行为中的改变，所以其是非侵入式的。
现在参考图4，其示出了用共享MAC地址替换DMAC地址的示例。图4示出了虚拟交换机(例如，vswitch-m)的示例MAC地址表410。vswitch-m的MAC地址表具有附接到相同虚拟交换机的虚拟机(例如，虚拟机H4和H5)的MAC地址。此外，根据本文中所公开的技术，MAC地址表包含共享MAC地址415(例如，任播MAC地址)。
当虚拟机H1从物理服务器A110迁移到物理服务器B120时，因为虚拟机H1的ARP缓存反应了虚拟机H1的初始位置(迁移前的位置)，即当虚拟机H1和H2被连接到相同物理交换机时的位置，所以被从虚拟机H1发送到虚拟机H2的分组420将包含虚拟机H2的实际DMAC地址。
MAC地址表410包含被连接到vswitch-m的虚拟机的MAC地址，在该情况下，包括虚拟机H4和H5的MAC地址以及共享MAC地址。(注意到，MAC地址表410将不包含虚拟机H1的条目，直到分组被虚拟机H1接收)。特别地，MAC地址表不包含位于不同虚拟交换机上的虚拟机H2的条目。因此，由虚拟交换机做出用共享MAC地址替换从虚拟机H1发送的分组的DMAC的决定以协助将该分组路由到虚拟机H2。
现在参考图5。图5示出了描绘由虚拟交换机执行以确保流量的无缝流动的操作的示例流程图500。在操作510，分组在虚拟交换机处被接收，该虚拟交换机在被配置为托管作为分组的来源的一个或多个虚拟机(例如，虚拟机H1-H5)的物理服务器上运行。在操作520，与目的地虚拟机相关联的目的地媒体访问控制(DMAC)地址被从分组中识别。在操作530，做出关于在可由虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中是否存在分组的DMAC地址的确定。在操作540，如果在数据库中不存在DMAC地址(即，如果DMAC地址对虚拟交换机不是已知的)，则分组的DMAC地址被用共享MAC地址替换，并且随后被转发到上游，该分组在上游处被路由到指定目的地。
图6示出了被配置为支持虚拟交换机并执行本文中所呈现的技术的装置(例如，物理设备)的示例框图。物理设备600(例如，服务器计算机)包括网络接口单元610、处理器620和存储器630。网络接口单元610被配置为使能网络通信以便例如通过叶交换机来与网络进行交互。尽管概念性地被示为“网络接口单元”，但将认识到，物理服务器可以包含与网络内其他设备进行通信的多于一个网络接口或接口类型。处理器620是一个或多个微处理器或微控制器，并执行与本文中所公开的技术相关联的标识、确定和替换逻辑。存储器630存储MAC地址/IP表632(例如，ARP表)和MAC地址替换软件634的指令。此外，存储器630存储用于一个或多个虚拟交换机设备642和用于多个虚拟机(例如，虚拟机652...654)的可执行指令。
存储器630可以由一个或多个计算机可读存储介质来实现，该一个或多个计算机可读存储介质可以包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质设备、光学存储介质设备、闪存设备、电的、光学的或其他物理的/有形的存储器存储设备。
因此通常，存储器630可以包括编码有软件(包括计算机可执行指令)的一个或多个有形的(例如，非暂态的)计算机可读存储介质(例如，存储器设备)，并且当软件被处理器620执行时，处理器620可操作为执行本文中所描述的与标识、确定和替换逻辑相关的操作。在其他方法中，MAC地址/IP表632和MAC地址替换软件634被存储在一个或多个可由处理器620访问的数据库中。
处理器620的功能可以通过被编码在一个或多个有形计算机可读存储介质或设备(例如，存储设备光盘、数字视频盘、闪存驱动等)中的逻辑以及嵌入式逻辑(例如，专用集成电路、数字信号处理器指令、由处理器执行的软件等)来实现。
应该认识到，以上结合所有实施例所描述的技术可以由编码有软件(包括计算机可执行指令)的一个或多个计算机可读存储介质来执行以执行本文中所描述的方法和步骤。例如，由vswitch-1和vswitch-m执行的操作可以由被处理器执行并且包括软件、硬件或软件和硬件的组合的一个或多个计算机或机器可读存储介质(例如，非暂态的)或者设备来执行，以执行本文中所描述的技术。
总之，一种方法被提供，包括：在网络中被配置为托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机的物理设备处，在虚拟交换机处接收来自与虚拟交换机通信的源虚拟机的分组；根据分组识别指示分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址；确定在可由虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中是否存在分组的目的地MAC地址；并且如果确定指示在数据库中不存在目的地MAC地址，则用与网络中多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换分组的目的地MAC地址。
此外，一种装置被提供，包括网络接口单元和处理器，网络接口单元被配置为从与虚拟交换机通信的源虚拟机接收分组。处理器被耦合到网络接口单元并被配置为：托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机；根据分组识别指示分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址；确定在可由虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中是否存在分组的DMAC地址；并且如果该确定指示在数据库中不存在DMAC地址，则用与网络中多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换分组的DMAC地址。
此外，一种计算机可读介质被提供为编码有包括计算机可执行指令的软件，并且当软件被执行时可操作为：在网络中被配置为托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机的交换机设备处，在虚拟交换机处从与该虚拟交换机进行通信的源虚拟机接收分组；根据分组识别指示分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址；确定在可由虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中是否存在分组的DMAC地址；并且如果该确定指示在数据库中不存在DMAC地址，则用与网络中多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换分组的DMAC地址。
以上描述仅仅意图以示例的方式。其中，在不脱离本文中所描述的概念的范围的情况下并且在权利要求的等同形式的范围内，可做出各种修改和结构改变。

Claims (24)

1.一种方法，包括：
在网络中被配置为托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机的物理设备处，于所述虚拟交换机处接收来自与所述虚拟交换机通信的源虚拟机的分组；
根据所述分组，识别指示所述分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址；
确定所述分组的目的地MAC地址是否存在于能够由所述虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中；以及
如果所述确定指示所述目的地MAC地址未存在于所述数据库中，则用与所述网络中的多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换所述分组的目的地MAC地址。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：经由所述网络中的目的地物理交换机，使用共享MAC地址作为所述目的地MAC地址来将所述分组转发到所述目的地虚拟机。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述转发包括执行转发表查找以将所述分组转发到所述目的地物理交换机。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述转发包括基于第一跳协议来将所述分组转发到所述目的地物理交换机。
5.如权利要求2所述的方法，其中，所述转发包括将所述分组转发到所述目的地物理交换机以作为互联网协议流量的一部分。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括识别所述目的地MAC地址是否存在于由所述源虚拟机维持的地址解析协议缓存中以及是否指示所述目的地虚拟机由所述虚拟交换机管理。
7.如权利要求1所述的方法，还包括更新所述MAC地址的数据库以包括所述源虚拟机的MAC地址。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定包括：确定当在所述虚拟交换机处存在第2层查找未命中时，在所述数据库中不存在所述分组的目的地MAC地址。
9.一种装置，包括：
网络接口单元，所述网络接口单元被配置为从与虚拟交换机通信的源虚拟机接收分组；以及
处理器，所述处理器被耦合到所述网络接口单元和存储器，并且被配置为：
根据所述分组，识别指示所述分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址；
确定所述分组的目的地MAC地址是否存在于能够由所述虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中；以及
如果所述确定指示所述目的地MAC地址未存在于所述数据库中，则用与所述网络中的多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换所述分组的目的地MAC地址。
10.如权利要求9所述的装置，其中，所述处理器还被配置为：经由所述网络中的目的地物理交换机，使用共享MAC地址作为所述目的地MAC地址来将所述分组转发到所述目的地虚拟机。
11.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器还被配置为执行转发表查找以将所述分组转发到所述目的地物理交换机。
12.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器还被配置为基于第一跳协议来将所述分组转发到所述目的地物理交换机。
13.如权利要求10所述的装置，其中，所述处理器还被配置为将所述分组转发到所述目的地物理交换机以作为互联网协议流量的一部分。
14.如权利要求9所述的装置，其中，所述处理器还被配置为识别所述目的地MAC地址是否存在于由所述源虚拟机维持的地址解析协议缓存中以及是否指示所述目的地虚拟机由所述虚拟交换机管理。
15.如权利要求9所述的装置，其中，所述处理器还被配置为更新所述MAC地址的数据库以包括所述源虚拟机的MAC地址。
16.如权利要求9所述的装置，其中，所述处理器还被配置为：确定当在所述虚拟交换机处存在第2层查找未命中时，在所述数据库中不存在所述分组的目的地MAC地址。
17.一个或多个被编码有软件的计算机可读存储介质，所述软件包括计算机可执行指令，并且当所述软件被执行时可操作以：
在网络中被配置为托管虚拟交换机和一个或多个虚拟机的物理设备处，于所述虚拟交换机处接收来自与所述虚拟交换机通信的源虚拟机的分组；
根据所述分组，识别指示所述分组的目的地虚拟机的目的地媒体访问控制(MAC)地址；
确定所述分组的目的地MAC地址是否存在于能够由所述虚拟交换机访问的MAC地址的数据库中；以及
如果所述确定指示所述目的地MAC地址未存在于所述数据库中，则用与所述网络中的多个物理交换机相关联的共享MAC地址替换所述分组的目的地MAC地址。
18.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，还包括可操作以经由所述网络中的目的地物理交换机使用共享MAC地址作为所述目的地MAC地址来将所述分组转发到所述目的地虚拟机的指令。
19.如权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，所述转发的指令还包括可操作以执行转发表查找来将所述分组转发到所述目的地物理交换机的指令。
20.如权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，可操作以进行转发的指令还包括可操作以基于第一跳协议来将所述分组转发到所述目的地物理交换机的指令。
21.如权利要求18所述的计算机可读存储介质，其中，所述转发的指令还包括可操作以将所述分组转发到所述目的地物理交换机以作为互联网协议流量的一部分的指令。
22.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，其中，可操作以进行识别的指令还包括可操作以识别所述目的地MAC地址是否存在于由所述源虚拟机维持的地址解析协议缓存中以及是否指示所述目的地虚拟机由所述虚拟交换机管理的指令。
23.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，还包括可操作以更新所述MAC地址的数据库以包括所述源虚拟机的MAC地址的指令。
24.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，还包括确定当在所述虚拟交换机处存在第2层查找未命中时，在所述数据库中不存在所述分组的目的地MAC地址的指令。
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