VPC全稱是Virtual Private Cloud，翻譯成中文是虛擬私有云。但是在有些場合也被翻譯成私有網絡或者專有網絡等。這里其實就有些讓人迷惑，VPC究竟是指云還是網絡?答案是，VPC即是一種云，也是一種網絡模式，不過應該從服務和技術的角度分別來看。

一、虛擬私有云

首先從服務的角度來看，VPC指的是一種云(Cloud)，這與它的字面意思相符。對于基礎架構服務(IaaS)，云就是指資源池。你或許聽過公有云(Public Cloud)、私有云(Private Cloud)、混合云(Hybrid Cloud)。不過，VPC不屬于這三種云中任一種。這是一種運行在公有云上，將一部分公有云資源為某個用戶隔離出來，給這個用戶私有使用的資源的集合。VPC是這么一種云，它由公有云管理，運行在公共資源上，但是保證每個用戶之間的資源是隔離，用戶在使用的時候不受其他用戶的影響，感覺像是在使用自己的私有云一樣。

從這種意義上看，VPC不是網絡，我們可以對比VPC和它一個字面上相近的概念：VPN(Virtual Private Network)。VPN在公共的網絡資源上虛擬隔離出一個個用戶網絡，例如IPsec VPN可以是在互聯網上構建連接用戶私有網絡的隧道，MPLS VPN更是直接在運營商的PE設備上劃分隔離的VRF給不同的用戶。從提供服務的角度來，說如果VPC指的只是網絡的話，那它跟VPN的概念是重復的。所以，從公有云提供所提供的服務來說，VPC應該理解成，向用戶提供的隔離資源的集合。

VPC最早是由AWS在2009年提出[1]，不過VPC的一些組成元素在其提出之前就已經存在。VPC只是將這些元素以私有云的視角重新包裝了一下。在VPC之后，云主機只能使用VPC內部的對應的元素。從這個角度看，VPC更像是公有云服務商以打包的形式提供服務。

用戶可以在公有云上創建一個或者多個VPC，每個部門一個VPC。對于需要連通的部門創建VPC連接。

同時，用戶也可以通過VPN將自己內部的數據中心與公有云上的VPC連接，構成混合云。

不論哪種用例，VPC都以更加直觀形象讓用戶來設計如何在公有云上存放自己的數據。

二、VPC硬件租用模式

VPC硬件租用模式(Hardware Tenancy)本身也是公有云提供的一種服務模式。VPC的硬件租用模式有兩種，一種是共享(shared)，一種是專屬(dedicated)。共享是指VPC中的虛擬機運行在共享的硬件資源上，不同VPC中的虛擬機通過VPC進行隔離。專屬是指VPC中的虛擬機運行在專屬的硬件資源上，不同VPC中的虛擬機在物理上就是隔離的，同時VPC幫助實現網絡上的隔離。專屬模式相當于用戶直接向公有云服務商租用物理主機。專屬模式適合那些對于數據安全比較敏感的用戶，不過這些物理主機還是由公有云服務商管理。

不論是共享模式還是專屬模式，VPC都運行在公有云資源上，由公有云服務商管理。

三、專有網絡

從技術角度來看，VPC是用戶專屬的一個二層網絡。

1. 經典網絡VS VPC

AWS的網絡產品，在VPC之前稱為EC2-Classic。去年的一個熱點文章《關于阿里云的經典網絡問題》說的就是這兩種網絡模式：Classic和VPC。他們之間最核心的區別是：經典網絡提供的是多用戶共享的網絡，而VPC提供的是用戶專屬的網絡。

這里的網絡就是指二層網絡，經典網絡模型本身有很多問題，其中大的問題就是安全問題。除非加了特定的防火墻規則去攔截，二層網絡內的所有設備默認是可以通信的。這就好比大家都擠在一個房間里，彼此的隱私很難保障一樣。稍有不慎，云主機就可能被同網絡的其他用戶惡意攻擊。而VPC能夠為每個用戶一個專屬獨立的二層網絡。這樣相當于給每個用戶分了個房間，用戶的隱私更容易得到保障。就算有惡意攻擊，一般也要走到網關或者VPN設備，在這些集中的設備上，網絡流量更可控。

由于每個用戶都有專屬的二層網絡，那說明VPC模式下的可用二層網絡的數量是遠超經典模式的。雖然各家都沒有公布自己的實現細節，但是這里有點類似VXLAN和VLAN的關系。VXLAN可以有1600萬個二層網絡，VLAN只有4000多個二層網絡。公有云與私有云的區別在于用戶數量巨大。如果采用VLAN，每個用戶一個二層網絡，那最多只能帶4000多個用戶，公有云許多用戶還是只有1-2個云主機那種，那必然不能滿足公有云的需求，所以在早期的經典網絡模式下，不得不讓多個用戶擠在一個網絡里面。而如果采用VXLAN之類的技術，則可以保證在一個region里面為1600萬個用戶每人分到一個二層網絡。

因為VPC是一個用戶專屬的網絡，用戶可以任意定義VPC內云主機的IP地址。二層隔離了，IP地址想怎么玩就怎么玩。而在經典網絡模式下，大家擠在一個二層網絡里面，IP地址首先要保證不要重合，這對用戶和服務商來說都不是一件心情愉快的事情。

2.  VPC的網絡overlay

從AWS公布的資料[2] 看，VPC的數據封裝與VXLAN這類網絡Overlay技術也很像。從下圖可以看出，桔色的VPC中，10.0.0.2發往10.0.0.3的網絡數據，最終被封裝成主機之間的通信報文。

原始的二層幀，被VPC標簽封裝，之后封裝在另一個IP報文里面。這與VXLAN的封裝方式可以說是一模一樣。不過需要澄清的是，AWS在2010年就已經開始應用VPC，而VXLAN標準是2014年[3]才終稿。AWS的VPC或許和VXLAN不一樣，但是按照VXLAN理解VPC的overlay會更容易些。

VPC使用網絡Overlay之后，可以構建一個L3之上的L2。這樣一個VPC內的虛機，可以任意的在數據中心分布。實際中云主機肯定不是任意分布的，會有一些主機的調度優化算法，但是至少，網絡不會成為限制云主機部署的因素。舉個反例，如果使用VLAN，虛機必須部署在支持相應VLAN的設備上，哪怕這個設備已經接近飽和，而其他的設備卻是空置的。如下圖，因為左邊的機架不支持相應的網絡，對應的云主機只能往右邊的機架塞，直到塞滿。而同時，左邊的機架負載還不到50%。

Overlay使得VPC不再受網絡硬件的限制，VPC內的云主機可以部署在整個機房。

四、VPC與SDN

AWS在2017年提出，VPC是構建在軟件(代碼)之上，VPC就是SDN[4]。我們前面說過，VPC是一個二層網絡，是一個構建在L3之上的L2 Overlay網絡。這里說VPC就是SDN，實際上是指，VPC受SDN所控制。AWS的VPC依靠一個叫Mapping Service的組件工作。當虛機之間要通信的時候，請求先發到Mapping Service，再由它找到目的虛機對應的信息(例如目的虛機所在的主機IP地址)，Mapping Service用對應的信息，封裝成Overlay數據(類似于封裝成VXLAN數據)，再進行傳輸。

如果是一個三層通信，傳統上是要發到網關，由網關轉發到目的虛機。而對于AWS的VPC，Mapping Service同樣也會完成三層通信的信息查找，數據封裝。這樣連路由器都省了。

這里的Mapping Service，與SDN控制器的作用可以說是一樣的。SDN控制器掌握了所有的網絡信息，當需要進行二層，三層通信時，SDN控制器會根據網絡數據包下發OpenFlow流表，使得虛機之間直接通信。

如果說Mapping Service是SDN控制器，那么更具體點，它還是一個分布式SDN控制器，因為每個主機上都有一個Mapping Service的緩存。通過這種分布式，可以實現高速運算處理。

1. VPC相關的網絡資源

VPC雖然指的是專有網絡，但是跟網絡配套的資源有很多，這些網絡資源都是以VPC為單位來劃分。也就是說，定義在一個VPC內的網絡資源，只能被這個VPC內的虛機所使用。這在前面講服務的時候提到過。這些資源[5]可以概括如下：

Security Group, Subnet, Network ACL, Routing Table, Router，這些都是老生常談了。以VPC為單位來劃分這些資源，可以更好的突出私有的感覺。但是實際上這些資源大多是虛擬的，每個用戶占有一份也不會增加公有云運營商的成本。

需要注意的是，VPC盡管是一個二層網絡，但是AWS仍然是通過路由器連接一個VPC下的兩個Subnet。

2. VPC邊緣設備

前面講服務的時候說過，VPC從服務的角度來看是虛擬私有云，表示的公有云運營商提供給用戶的隔離資源的集合。它相當于是漂浮在公有云上的孤島。真正讓VPC變得強大的是它各式各樣的連接技術。AWS提供了一個Edge設備(Blackfoot Edge Device)，VPC通過這個Edge設備可以：

• 與別的VPC相連
• 與互聯網相連
• 與用戶的私有云建立VPN連接。
• 與AWS的其他服務建立連接。

這才是公有云服務商在構建VPC網絡時，真正的競爭力所在。有了這樣的Edge設備，VPC不再是孤島，而是有了連接其他陸地的橋梁。這里的Edge設備，可以看成是VNF，AWS需要用戶在VPC內部手動配置路由來引流到這個Edge設備。

五、總結

不論是對用戶還是公有云服務商，VPC都是一個更好的選擇。對于用戶來說，首先可以任意定義VPC內的IP地址。其次VPC像是一個容器，裝載著所有的云主機，同時又與其他的VPC隔離。第三，用戶還可以用各種連接服務(VPN，NAT等)將VPC與現有的網絡連接起來。這樣對用戶來說，既保證了網絡隔離，又能提供按需的網絡連通。對公有云服務商來說，VPC實際上就是SDN在公有云的應用。軟件可控，Overlay使得服務商的硬件利用率提高，對硬件廠商的依賴程度降低。在這個基礎上，公有云服務商還能夠提供更好的網絡服務。

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