Tungsten Fabric架构解析丨详解vRouter体系结构

Hi！欢迎来到Tungsten Fabric架构解析内容的第三篇，本文将详细介绍Tungsten Fabric vRouter的体系结构。
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先来看一张Tungsten Fabric vRouter功能组件的概念视图。

vRouter代理在主机操作系统的用户空间中运行，而转发器可以是内核模块，在使用DPDK时在用户空间中运行，或者在可编程网络接口卡（也称为“智能NIC”）中运行。这些选项在后续文章中有更详细的描述，这里说明了更常用的内核模块模式。

代理与控制器保持会话，并发送其需要的VRF、路由和访问控制列表（ACL）的信息。代理将信息存储在自己的数据库中，并使用该信息配置转发器。接口连接到VRF，每个VRF中的转发信息库（FIB）都配置有转发条目。

每个VRF都有自己的转发表和流表，然而MPLS和VXLAN表在vRouter中是全局的。转发表包含目的地的IP和MAC地址的路由，并且IP到MAC关联用于提供代理ARP功能。当VM接口启动时，vRouter选择MPLS表中的标签值，并且这些值仅对该vRouter本地有效。

在一个Tungsten Fabric域内，对于不同vRouters中同一虚拟网络的所有VRF来说，VXLAN网络标识符是全局的。

每个虚拟网络都有一个分配给它的默认网关地址，并且每个VM或容器接口都会在初始化时获得的DHCP响应中接收该地址。当工作负载将数据包发送到其子网外的地址时，它将为与网关IP的IP地址对应的MAC进行ARP，并且vRouter以其自己的MAC地址进行响应。

因此，vRouters支持所有虚拟网络的完全分布式默认网关功能。

详细的vRouter数据包处理逻辑

流出VM和流入VM的数据包的逻辑详细信息略有不同，以下两张图和说明中对此进行了描述。

当从VM通过虚拟接口发送数据包时，转发器接收该数据包后，首先检查接口所在的VRF流表中是否存在与数据包的五元组（包括协议、源和目标IP地址、源和目标TCP或UDP）匹配的条目。

如果这是流中的第一个数据包，则不会有条目，转发器通过pkt0接口将该数据包发送给代理。代理根据VRF路由表和访问控制列表确定流的操作，并使用结果更新流表。动作可以是DROP、FORWARD、NAT或MIRROR。

如果要转发数据包，转发器将检查目标MAC地址是否是其自己的MAC地址，如果VM在目标位于VM的子网外时将数据包发送到默认网关。在这种情况下，将在IP转发表中查找目的地的下一跳，否则将使用MAC地址用于查找。虽然在计算节点内，但vRouter在这里执行物理路由器的IRB（集成路由和桥接）功能。

当数据包从物理网络到达时，vRouter首先检查数据包是否具有支持的封装。如果不是，则将数据包发送到主机操作系统。

对于基于UDP的MPLS和基于GRE的MPLS，标签直接标识VM接口，但VXLAN需要由VLAN网络标识符（VNI）标识的VRF中查找内部报头中的目标MAC地址。

一旦识别出接口，如果没有为接口设置策略标志（指示允许所有协议和所有TCP / UDP端口），则vRouter可以立即转发数据包。否则，使用五元组来查找流表中的流，并使用与针对传出分组所描述的逻辑相同的逻辑。

相同子网虚拟机之间的数据包流

当VM中的应用程序首先将数据包发送到另一个VM时，发生的操作顺序如下图所示。

起点是两个VM均已启动，并且控制器已将L2（MAC）和L3（IP）路由发送到两个vRouter，以启用VM之间的通信。发送VM前尚未将数据发送到其他的VM，因此之前没有通过DNS解析目标名称。

1. VM1需要向VM2发送数据包，因此首先查找自己的DNS缓存以获取IP地址，但由于这是第一个数据包，因此没有条目。
2. VM1在其接口启动时向DHCP响应中提供的DNS服务器地址发送DNS请求。
3. vRouter捕获DNS请求并将其转发到在Tungsten Fabric控制器中运行的DNS服务器。
4. 控制器中的DNS服务器以VM2的IP地址响应。
5. vRouter将DNS响应发送给VM1。
6. VM1需要形成以太网帧，因此需要VM2的MAC地址，它会检查自己的ARP缓存，但没有条目，因为这是第一个数据包。
7. VM1发出ARP请求。
8. vRouter捕获ARP请求，并在其自己的转发表中查找IP-VM2的MAC地址，并在控制器为VM2发送的L2 / L3路由中找到关联。
9. vRouter使用VM2的MAC地址向VM1发送ARP回复。
10. VM1的网络堆栈中发生TCP超时。
11. VM1的网络堆栈重试发送数据包，这次在ARP缓存中找到VM2的MAC地址，并可以形成以太网帧并将其发送出去。
12. vRouter查找VM2的MAC地址并找到封装路由，vRouter构建外部头部，并将结果数据包发送到S2。
13. S2上的vRouter对数据包进行解封装，并查找MPLS标签以识别将原始以太网帧发送到的虚拟接口，以太网帧被发送到接口并由VM2接收。

不同子网虚拟机之间的数据包流

将数据包发送到不同子网中的目标时，顺序是相同的，只是vRouter作为默认网关响应。VM1将在以太网帧中发送数据包，其中包含默认网关的MAC地址，其IP地址是在VM1启动时vRouter提供的DHCP响应中提供的。

当VM1对网关IP地址发出ARP请求时，vRouter将使用自己的MAC地址进行响应。当VM1使用该网关MAC地址发送以太网帧时，vRouter使用帧内数据包的目的IP地址在VRF中查找转发表以查找路由，该路由将通过封装隧道连接到正在运行目标的主机。

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