VXLAN技术学习笔记

1、概述

    （1）VXLAN是建立在物理IP(overlay)网络之上的虚拟以太网

            使用UDP封装完整的内层以太帧,封装报文头共五十个字节

    （2）VXLAN使用24位VXLAN网络标识符（VLAN为12位）

            最大支持16,000,000个逻辑网络

    （3）VXLAN可跨越物理三层网络

            使用UDP封装能在三层物理网络上建立二层逻辑网络

    （4）VXLAN利用ip多播封装广播和多播报文

            在VXLAN网内广播或多播的报文被封装在ip多播中，如ARP报文

    （5）VXLAN利用ECMP(等价多路径负载均衡)

            对不同数据流使用不同UDP源端口

    （6）VXLAN已提交到ITEF,启动标准化进程

            与Cisco, Citrix, Red Hat, Broadcom,Arista等厂商协作

2、VXLAN解决的具体技术问题

    （1）VLAN的数量限制：4094个VLAN远不能满足大规模云计算中心的需求，XVLAN最大支持  16,000,000个逻辑网络

    （2）物理网络基础设施的限制：基于IP子网的区域划分限制了需要二层网络连通性的应用负载   的部署

    （3）ToR交换机MAC表耗尽：虚拟化以及东西向流量导致更多的MAC表项

    （4）汇聚层STP(生成树协议)高负荷：由于大量VLAN配置在大量接口,汇聚层交换机的压力大

             增。

3、VXLAN报文格式

    Outer header：封装VXLAN的UDP报文头，VXLAN封装在UDP报文的数据部分。

    VXLAN Header：VXLAN报文头，包括：

         F：未使用

         I：表示VXLAN Network ID有效

         Reserved：未使用

        VXLAN Network ID：24bit，标识VXLAN网络标识，类似VLAN的ID，

        只是必VLAN所表示的范围大很多

4、VXLAN网络的初始化

    VTEP :VXLAN隧道终端 (VXLAN Tunneling End Point)，用于多VXLAN报文进行封装/解封    装，包括mac请求报文和正常VXLAN数据报文，在一端封装报文后通过隧道向另一端VTEP发送封装报文，另一端VTEP接收到封装的报文解封装后根据被封装的MAC地址进行转发。VTEP可由支持VXLAN的硬件设备或软件来实现。

    VM1及VM2连接到VXLAN网络100, 两个VXLAN主机加入IP多播组239.119.1.1

5、VXLAN网络交互过程

    以ARP交互为例，其他数据报的交互类似

    ARP请求：

    （1）VM1以广播的形式发送ARP请求

    （2）VTEP1把ARP请求报文被封装在IP多播报文中，并打上VXLAN标识为100

    （3）VTEP1在ip多播组内里进行多播

    （4）VTEP2接收到ip多播报文后对内层MAC地址到外层ip地址的映射进行学习，并解封装后在
            本地VXLAN标识为100的虚拟局域内广播（这也是VXLAN ID的用武之地）

    （5）VM2接收到请求自己MAC的ARP请求后做出响应

    ARP响应：    

    （1）VM2准备ARP响应报文后向VM1发送响应报文

    （2）VTEP2接收到VM2的响应报文后把它封装在ip单播报文中（VXLAN标识依然为100），然 后向VM1发送单播

    （3）VTEP1接收到单播报文后，学习内层MAC到外层ip地址的映射，解封装并根据被封装内容              的目的MAC地址转发给VM1

    （4）VM1接收到ARP应答报文，ARP交互结束

6、VXLAN网络和非VXLAN网络连接

     必须使用VXLAN的网关才能把VXLAN网络和外部网络进行桥接和完成VXLAN ID和VLAN ID之间的映射和路由，和VLAN一样，虚拟局域网之间的通信需要三层设备的支持，即VXLAN虚拟局域网之间的通信也需要VXLAN路由的支持。同样，网关可由硬件或软件来实现。