VXLAN 技术解析-（1）VXLAN简述


VXLAN简述

VXLAN，Virtual Extensible LAN，顾名思义，是VLAN的扩展版本。VXLAN技术主要用来增强在云计算环境下网络的扩展能力。

VXLAN使用UDP报文将Ethernet报文封装起来，从而实现跨IP的数据传输，其使用的UDP端口号为4789。VXLAN的端设备称为VTEP，VXLAN tunnel endpoint，一般由物理交换机（Nexus 5600/9000）或虚拟交换机(Open vSwitch/Nexus 1000v)的端口承担，负责VXLAN报文的封装与解封装。


VLAN提供了逻辑的二层边界和广播域。和传统VLAN相比，VXLAN扩展了以下功能：

1.提供了跨三层的二层联通能力，通俗讲就是二层隧道。

2.使用24bit的VNID，大大扩展了原有12bit VLAN ID提供的二层逻辑域。24bit意味着最多有1600多万个相互区分的标识符。

3.在数据中心Fabric内使用ECMP路由代替STP更好地利用链路带宽。


VXLAN最早由VMware和Cisco提出，并陆续得到其他厂商的贡献和支持，如Arista、Broadcom、Citrix、Intel和Redhat等。现在被标准化为IETF RFC7348。


VXLAN报文格式

VXLAN是一种将二层数据帧封装在UDP报文中的技术。VXLAN将原始二层帧，加上VXLAN报头，封装在UDP协议中，以此穿越三层网络。

VXLAN引入了8字节的VXLAN报头，包含了24bit的VNID和一些保留比特。加上UDP/IP/Ethernet报文头，比原始的Ethernet帧，增加了50字节的开销。

详细报文格式见下图：

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VXLAN数据包封装与解封装路径（以单播为例）

VXLAN使用VTEPs间无状态的隧道在三层网络中传递二层数据。一个以单播为例的VXLAN数据包封装与解封装路径如下图所示：

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如图中所示，Host-A与Host-B通过在VTEP-1和VTEP-2上建立的隧道，VXLAN子网10，实现相互通信。此案例假定两边的地址学习已经完成，且在两边的VTEP上存在相应的MAC-to-VTEP映射。


OTV和VXLAN的对比

如果之前对OTV有过接触，可能会对两者之间的应用场景产生疑问。共同作为二层扩展技术，两者的区别又在哪些呢？以下是个人理解，仅供参考。


  1. Overlay Transport Virtualization和Virtual Extensible LAN，从名字上就可以看出两者之间的着眼点有本质区别，一个着重于隧道功能，一个基于对现有LAN的扩展。

  2. OTV设计的初衷就是跨DCI的二层打通，从控制层面入手，关注路由，利用arp cache抑制广播流量。VXLAN设计的初衷是DC内的二层打通，最开始是从数据层面解决问题，使用三层组播处理BUM (Broadcast, Unknown Unicast, and Multicast) 流量。随着VXLAN控制层面（MP-BGP E×××）的完善，跨DCI的VXLAN设计也会成为可选项。

  3. OTV的数据传输报文封装为 Ethernet over MPLS over GRE，本质上是一种隧道技术。VXLAN使用MAC in UDP封装，在UDP协议中封装VXLAN报头。VXLAN报头中VNID扩充了VLAN ID的能力，原生支持多租户的云化需求。