华为NP课程笔记26-VXLAN概述

一、VXLAN

1、早期的虚拟机管理及迁移依附于物理网络，因此数据中心内部东西向流量主要是二层流量。为扩大二层物理网络的规模，提高链路利用率，出现了TRILL、SPB等大二层网络技术。

随着虚拟化数据中心规模的不断扩大，以及云化管理的不断深入，物理网络的种种限制越来越不能满足虚拟化的要求，由此提出了VXLAN、NVGRE等Overlay技术。

在Overlay方案中，物理网络的东西向流量类型逐渐由二层向三层转变，通过增加封装，将网络拓扑由物理二层变为逻辑二层，同时提供了逻辑二层的划分管理，更好地满足了多租户的需求。

VXLAN、NVGRE等Overlay技术都是通过将MAC封装在IP之上，实现对物理网络的屏蔽，解决了物理网络VLAN数量限制、接入交换机MAC表资源有限等问题，同时通过提供统一的逻辑网络管理工具，更方便地实现了虚拟机在进行迁移时网络策略跟随的问题，大大降低了虚拟化对网络的依赖，成为了目前网络虚拟化的主要发展方向。

 

2、VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，RFC7348）是IETF NVO3（Network Virtualization over Layer 3）定义的NVO3标准技术之一，采用MAC in UDP封装方式，将二层报文用三层协议进行封装，可对二层网络在三层范围进行扩展，同时支持24bits的VNI ID（16M租户能力），满足数据中心大二层VM迁移和多租户的需求。

在VXLAN NVO3网络模型中，部署在VXLAN网络边缘的设备称为 VXLAN NVE（Network Virtualization Edge，网络虚拟边缘），主要负责VLAN网络与VXLAN网络间的封装和解封装。经过NVE封装转换后，NVE间就可基于L3基础网络建立Overlay二层虚拟化网络。

VXLAN技术特点：

位置无关性：业务可在任意位置灵活部署，缓解了服务器虚拟化后相关的网络扩展问题。

可扩展性：在传统网络架构上规划新的Overlay网络，部署方便，同时避免了大二层的广播风暴问题，可扩展性极强。

部署简单：由高可靠SDN Controller完成控制面的配置和管理，避免了大规模的分布式部署，同时集中部署模式可加速网络和安全基础架构的配置，提高可扩展性。

适合云业务：可实现千万级别的租户间隔离，有力地支持了云业务的大规模部署。

技术优势：VXLAN利用了现有通用的UDP进行传输，成熟性极高。

 

3、VXLN网关

 

NVE：

目前有软件NVE（一般安装在服务器上；例如OVS）和硬件NVE（一般集成在交换机上，例如CE6850）。由于软件NVE是在原设备中安装一个软件包，硬件NVE是在原设备中增加一个硬件模块，而原设备多数是VLAN的二层设备，所以，NVE又是VXLAN的二层网关，主要实现VXLAN与VLAN、MAC等的二层映射。

VXLAN网关：

与VXLAN NVE类似，但是地位更高一些的是另一个VXLAN角色，即VXLAN三层网关，简称VXLAN GW，主要实现VXLAN报文头与IP报文头的映射。

不管二层VXLAN网关还是三层VXLAN网关，都是主要实现了VXLAN网络和非VXLAN网络之间的连接。

NVE是服务器虚拟化层的一个功能模块，虚拟机通过虚拟化软件直接建立VTEP隧道。

NVE也可以是一台支持VXLAN的接入交换机集中为多租户提供VXLAN网关服务。

VXLAN网关可以实现不同VXLAN下租户间通信，也能实现VXLAN用户与非VXLAN用户间通信，这和VLANIF接口的功能是类似的。

 

 

4、VXLAN报文封装

VXLAN是IETF定义的NVO3（Network Virtualization over Layer3）标准技术之一。

采用Mac in UDP封装方式将二层报文用三层协议进行封装。

支持24bits的VNI ID ，满足数据中心大二层VM迁移和多租户的需求。

 

VXLAN头封装：

VNI：VXLAN网络标识，24比特，用于区分VXLAN段。

Reserved：24比特和8比特，必须设置为0。

外层UDP头封装：

目的UDP端口号是4789。源端口号是内层以太报文头通过哈希算法计算后的值。

外层IP头封装：

源IP地址为发送报文的虚拟机所属VTEP的IP地址；目的IP地址是目的虚拟机所属VTEP的IP地址。

外层Ethernet头封装：

SA：发送报文的虚拟机所属VTEP的MAC地址。

DA：目的虚拟机所属VTEP上路由表中直连的下一跳MAC地址。

VLAN Type：可选字段，当报文中携带VLAN Tag时，该字段取值为0x8100。

Ethernet Type：以太报文类型，IP协议报文该字段取值为0x0800。

 

5、vSwitch

vSwitch为虚拟机工具Hypervisor层中集成的虚拟交换机。

VTEP是在虚拟机所属服务器的Hypervisor中的vSwitch间进行建立的。

控制器为可选组件。

VTEP—Virtual Tunnel End Point 虚拟隧道端点，即VXLAN隧道的入口和出口。在这里VM流量经过vSwtich交换后会导入到VXLAN隧道里，入口是VTEP。

VNI— Virtual Network Instance 虚拟网络实例，一个VNI就是一个虚拟网络，一个VNI用一个VNI ID标识。例子里VM1和VM2在同一个虚拟网络里，VNI ID为1。

VM1地址为IP1，VM3地址为IP3，IP1与IP3为同一子网。

ARP协议交互过程：

VM1先发送ARP报文，请求VM3的MAC地址。

ARP报文通过OpenFlow报文封装发给AC，AC上使能ARP代理。

AC通过IP3找到MAC3，响应ARP报文，SIP为IP3，SMAC为MAC3。

vSwtich将ARP响应报文发给VM1。