VXLAN原理以及基础应用介绍

VXLAN原理以及基础应用介绍

 

VXLAN介绍：

我听说VXLAN的时候是IDC大举建设的时候，主要是用于处理云平台VLAN资源耗尽的问题。

等真正接触到这个技术是在城域网，用来做跨越三层设备的OverLay，其实本质上没什么区别。

 

为什么要在IDC上使用VXLAN呢？有三点原因：

1. 原先二层技术资源不够，加上STP技术的老旧，跟不上现在的需求。现在都是虚拟机组网，要求的是迁移机器IP、MAC不变，传统很难实现。
2. 小网络、私有网络的驱使。现在虚拟化厂商IRF/VPC等等的，各搞各的也不兼容，关键是对于网络架构还自己有要求。所以，打消了不同技术共同组网的念头。
3. 其他的新技术不是太贵，就是太复杂。要用，好，先买线卡，之后升级软件。这是用户和运维人员最头疼的，也是最根本的原因。VXLAN好就好在对设备兼容性高，升级软件即可支持，代价小。

 

VXLAN是怎么实现他的价值的？

 

1. 添加了8字节的vxlan header,其中24bit的VNI，扩展了'VLAN'的数量
2. 使用了UDP作为穿越三层的头部，打通三层组建泛二层不是梦
3. 作为一个三层隧道技术，它肯定要知道对应三层的IP，将打包好的数据发送给对端解析

//其他也没什么了，看起来挺简洁一技术

 

VXLAN数据包格式：

 

数据包格式就截图了：

 

 

这些图都不是很明晰，看起来不方便，我就从原来是什么包，到怎么加工的后来的包，做个简单阐述：

原先的包——

[目的MAC]|[源MAC]|[VLAN tag]|[目的IP]|[源IP]|[数据]

 

接入设备拿到这个包的处理过程：

1. PE根据MAC流表查找此设备属于哪个VNI
2. 确定需要送达的VTEP IP地址和MAC地址
3. 根据获得的信息分别压入：VXLAN头部、UDP头部、IP头部、Eth头部

[目的MAC-VTEP][源MAC-PE][VLAN-PE到Vtep] | [源IP-PE][目的IP-VTEP] | [UDP-4798] | [Vxlan flag-8bit][Vxlan VNI-24bit] | [原包变payload]

 

Vxlan隧道建立和维护：

 

Vxlan的功能类似于VPLS和GRE，都可归类为隧道技术。隧道嘛，必须是两端都有意而且能接头才能搭上话，那么Vxlan技术是怎么进行对话和沟通的呢？

 

1. 组播学习对端的VTEP IP/VNI/MAC
2. 如果收到了Vxlan的包，解包的时候自动学习
3. 通过其他路由协议扩展协议来学习，其他协议当做马车，拉过来信息
   1. ISIS扩展，需要配置ENDS/ENDC，私有，复杂
   2. BGP扩展，需要配置RR/client，私有，简单，成熟
   3. SDN controller，标准协议，调用Netconf/Openflow，第一个包上送中间人controller,对控制器吞吐量要求略高

//可以看到，Vxlan在没有三层协议帮助的时候，和vlan学习极为相似。

 

文字很难理解，来看看图示(图C过来的)

 

(1).数据发起

 

 

1. 一个用户一个VNI，客户配置了VNI(100)，想去VM2
2. VTEP1查找到本VNI(100)，使用的组播是239.119.1.1

//注意：此时，VM1是不知道VM2的MAC的；VTEP1也是不知道哪个VTEP有VM2。

 

(2).寻找VM2

 

 

1. VTEP1将VM1的ARP包封装为组播包，目的地址就是239.119.1.1
2. 因为VTEP2页有VNI100，理所当然收到了这个组播包
3. VTEP拆包，发现这个客户就在自己名下，立即将VM1(MAC)和VTEP1(IP)记录在案
4. 拆包转发，VM2收到这个ARP包

 

 

(3).VM2反馈自己信息

 

 

1. VM2 收到了ARP包，和正常包一样，返回ARP回应
2. VTEP2收到了去往VM1的数据包
3. 因为VM1和VTEP1已经在流表里，发送单播给VTEP1
4. VTEP1收到了回复，也知道了VTEP2是VM2的PE
5. VTEP1将VTEP2(IP)和VM2(MAC)记录在流表
6. 拆包，将VM2的答复发送给VM1

 

//此时此后，VM1知晓了VM2的MAC，VTEP1和VTEP2也知道了彼此的对应关系

//所以，以后VM1和VM2之间的对话，全部由VTEP1和VTEP2单播转发！

 

 

补充：各个厂商是如何实现Vxlan的建立的？

CISCO：定义了两种接口，Switch interface和IP interface,switch接口接客户，IP接口对外，寻找VTEP。添加了NVE接口(Network Virtualization Edge,网络虚拟边缘节点)，类似于隧道(类似PW)，关联IP、组播group地址、Vxlan

H3C：ENDP(Enhanced Neighbor Discovery Protocol，增强的邻居发现协议)，发现VTEP后，用这个协议建立Vxlan隧道

 

 

Vxlan网关：

 

真实的IDC server对通信的需求为：

1. 相同VNI内，VM到VM
2. 不同VNI内，VM到VM
3. VM到外网服务器

 

相同VNI内VM通信，可以通过组播直接联系；不同VNI之间的沟通，需要借助Vxlan网关；VM和外网互通，需要用到三层路由。

 

Vxlan网关是什么？

1. 很多人都听说过多段PW(mspw),这Vxlan的网关就类似于多段PW的中间节点
2. 它的功能是和不同VNI建立Vxlan隧道，解决跨VNI的沟通
3. 它还同时兼任Border,当有需要访问外网的时候，它提供三层路由。

 

Vxlan网关的知识还涉及到网络的组网，毕竟所有的都要网关来处理它也处理不过来。

而且从安全的角度来看，也需要对网关进行备份和冗余。

这部分知识不少，下一章介绍。

 

 

 

2018/4/30

By Lukas