Overlay技术之VXLAN详解（一）

一、什么是VXLAN

定义

VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟扩展局域网）是NVO3（Network Virtualization over Layer 3）中的一种网络虚拟化技术，通过将虚拟机发出的数据包封装在UDP（User Datagram Protocol）中，并使用物理网络（underlay）的IP、MAC作为outer-header进行封装，然后在IP网络上传输，到达目的地后由隧道终结点解封装并将数据发送给目标虚拟机。
图1 VXLAN报文格式

表1 VXLAN报文格式说明

一、为什么要用VXLAN

随着虚拟技术的发展，我们现在可以将一个服务器虚化成多个虚拟机，而每个虚拟机就相当于是一个主机。所以，主机的数量发生了数量级的变化，这也为虚拟网络带来了如下问题：
图2 服务器虚拟化示意图

（1）虚拟机规模受网络规格限制
在传统二层网络环境下，数据报文是通过查询MAC地址表进行二层转发，而MAC地址表的容量限制了虚拟机的数量。

（2）网络隔离能力限制
当前主流的网络隔离技术是VLAN，由于IEEE 802.1Q中定义的VLAN Tag域只有12比特，仅能表示4096个VLAN，无法满足大二层网络中标识大量租户或租户群的需求。

（3） 虚拟机迁移范围受网络架构限制
当虚拟机要进行迁移时需要保持其业务不变，那么其IP就不能发生变化，这个在VLAN中是无法满足的。

二、VXLAN是怎么解决上述问题的

（1）针对虚拟机规模受网络规格限制
VXLAN将虚拟机发出的数据包封装在UDP中，并使用物理网络的IP、MAC地址作为外层头进行封装，对网络只表现为封装后的参数。因此，极大降低了大二层网络对MAC地址规格的需求。

（2）针对网络隔离能力限制
VXLAN引入了类似VLAN ID的用户标识，称为VXLAN网络标识VNI（VXLAN Network Identifier），由24比特组成，支持多达16M的VXLAN段，从而满足了大量的用户标识。

（3）针对虚拟机迁移范围受网络架构限制
VXLAN通过采用MAC in UDP封装来延伸二层网络，将以太报文封装在IP报文之上，通过路由在网络中传输，无需关注虚拟机的MAC地址。且路由网络无网络结构限制，具备大规模扩展能力、故障自愈能力、负载均衡能力。通过路由网络，虚拟机迁移不受网络架构限制。

三、使用VXLAN的好处

• 通过24比特的VNI可以支持多达16M的VXLAN段的网络隔离，对用户进行隔离和标识不再受到限制，可满足海量租户。
• 除VXLAN网络边缘设备，网络中的其他设备不需要识别虚拟机的MAC地址，减轻了设备的MAC地址学习压力，提升了设备性能。
• 通过采用MAC in UDP封装来延伸二层网络，实现了物理网络和虚拟网络解耦，租户可以规划自己的虚拟网络，不需要考虑物理网络IP地址和广播域的限制，大大降低了网络管理的难度。

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参考资料：华为HedEx文档

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