五分钟！简单了解VXLAN技术

VXLAN 通信过程

对于处于同一个VXLAN的两台虚拟终端，其通信过程可以概括为如下的步骤：

1. 发送方向接收方发送数据帧，帧中包含了发送方和接收方的虚拟mac地址。

2. 发送方连接的VTEP节点收到了数据帧，通过查找发送方所在的VXLAN以及接收方所连接的VTEP节点，将该报文添加VXLAN首部、外部UDP首部、外部IP首部后，发送给目的VTEP节点。

3. 报文经过物理网络传输到达目的VTEP节点。

4. 目的VTEP节点接收到报文后，拆除报文的外部IP首部和外部UDP首部，检查报文的VNI以及内部数据帧的目的MAC地址，确认接收方与本VTEP节点相连后，拆除VXLAN首部，将内部数据帧交付给接收方。

5. 接收方收到数据帧，传输完成。

 

VXLAN网络模型

 

从图中可以发现，VXLAN网络中出现了以下传统数据中心网络中没有的新元素：

VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints，VXLAN隧道端点）

VXLAN网络的边缘设备，是VXLAN隧道的起点和终点，VXLAN报文的相关处理均在这上面进行。总之，它是VXLAN网络中绝对的主角。

VTEP既可以是独立的网络设备（比如华为的CE系列交换机），也可以是虚拟机所在的服务器。那它究竟是如何发挥作用的呢？答案稍候揭晓。

VNI（VXLAN Network Identifier，VXLAN 网络标识符）

前文提到，以太网数据帧中VLAN只占了12比特的空间，这使得VLAN的隔离能力在数据中心网络中力不从心。而VNI的出现，就是专门解决这个问题的。

VNI是一种类似于VLAN ID的用户标示，一个VNI代表了一个租户，属于不同VNI的虚拟机之间不能直接进行二层通信。VXLAN报文封装时，给VNI分配了足够的空间使其可以支持海量租户的隔离。详细的实现，我们将在后文中介绍。

 

VXLAN隧道

“隧道”是一个逻辑上的概念，它并不新鲜，比如大家熟悉的GRE。说白了就是将原始报文“变身”下，加以“包装”，好让它可以在承载网络（比如IP网络）上传输。

 

从主机的角度看，就好像原始报文的起点和终点之间，有一条直通的链路一样。而这个看起来直通的链路，就是“隧道”。顾名思义，“VXLAN隧道”便是用来传输经过VXLAN封装的报文的，它是建立在两个VTEP之间的一条虚拟通道。

 

RFC7348中规定的VXLAN内部的载荷报文必须是以太网报文，这就限制了VXLAN协议的使用范围。为了让VXLAN能够更广泛的支持其他协议报文的Overlay传输，RFC草案正在探索VXLAN Generic Protocol Encapsulation （GPE）即VXLAN通用协议封装。

 

 

GPE封装使用了原FRC7348中规定的一些保留位。

• Version（Ver）：指示VXLAN GPE协议版本。初始值为0。

• Next Protocol Bit (P bit): 如果P位为1，则Next Protocol域有效。

• BUM Traffic Bit (B bit): 如果B位为1，则表示VXLAN内部的封装报文为BUM报文。

• OAM Flag Bit (O bit): 如果O位为1，则表示VXLAN内部的封装报文为OAM报文。

• Next Protocol: 8位。表示VXLAN内部的封装报文的协议格式。

BUM（Broadcast, Unknown-unicast, Multicast）即广播、未知单播、组播流量。根据对泛洪流量的复制方式不同可分为单播路由方式（头端复制）和组播路由方式（核心复制）两种。

在头端复制方式下，VTEP负责复制报文，采用单播方式将复制后的报文通过本地接口发送给本地站点，并通过VXLAN隧道发送给VXLAN内的所有远端VTEP。远端VTEP收到VXLAN报文后，解封装报文，将原始数据在本地站点的VXLAN内泛洪。

为避免环路，远端VTEP从VXLAN隧道上接收到报文后，不会再将其泛洪到其他的VXLAN隧道。

 

VXLAN三层网关

 

VXLAN三层网关提供了VXLAN的三层转发功能，通过将VXLAN关联VSI虚接口（VXLAN虚接口）的方式实现，在VSI虚接口指定IP地址作为VXLAN内所有虚拟机的网关。

 

VXLAN三层网关的主要功能：

• 实现VXLAN内虚拟机与非VXLAN网络的互访

• 完成跨VXLAN的虚拟机互访

VXLAN三层网关根据其部署方式不同，有集中式和分布式两种。

集中式网关，即网关都集中在Spine设备。所有跨VXLAN的流量，VXLAN与非VXLAN的互访流量都需要经过Spine。集中式网关的优点是流量均会经过Spine设备，能比较容易实现流量控制、自动引流等功能。缺点是Spine设备压力过大，不利于大规模部署。

在分布式VXLAN 三层网关方案中，每台VTEP设备都可以作为VXLAN IP网关，对本地站点的流量进行三层转发。分布式三层网关可以很好地解决流量集中而导致Spine设备压力过大的问题，在组网上也可以做到灵活扩展。在分布式网关组网中，Spine设备一般不是VTEP，仅为Underlay网络的一部分，承担普通IP报文的转发功能。

VXLAN由于其简单的数据平面，良好的兼容性，已经成为了当下SDN Overlay技术的最好选择，但VXLAN未来还有很长的路要走。

比如探索VXLAN GPE封装是一个方向，解决VXLAN隧道的QoS也是一个方向。而控制平面要做的更多，如何更好的实现按需定制，如何实现智能流量调整，如何更好的兼容异构设备等等。相信未来会给我们一个更好的答案。