VXLAN技術學習筆記

1、概述

    (1)VXLAN是建立在物理IP(overlay)網絡之上的虛擬以太網

            使用UDP封裝完整的內層以太幀,封裝報文頭共五十個字節

    (2)VXLAN使用24位VXLAN網絡標識符(VLAN爲12位)

            最大支持16,000,000個邏輯網絡

    (3)VXLAN可跨越物理三層網絡

            使用UDP封裝能在三層物理網絡上建立二層邏輯網絡

    (4)VXLAN利用ip多播封裝廣播和多播報文

            在VXLAN網內廣播或多播的報文被封裝在ip多播中,如ARP報文

    (5)VXLAN利用ECMP(等價多路徑負載均衡)

            對不同數據流使用不同UDP源端口

    (6)VXLAN已提交到ITEF,啓動標準化進程

            與Cisco, Citrix, Red Hat, Broadcom,Arista等廠商協作

2、VXLAN解決的具體技術問題

    (1)VLAN的數量限制:4094個VLAN遠不能滿足大規模雲計算中心的需求,XVLAN最大支持  16,000,000個邏輯網絡

    (2)物理網絡基礎設施的限制:基於IP子網的區域劃分限制了需要二層網絡連通性的應用負載   的部署

    (3)ToR交換機MAC表耗盡:虛擬化以及東西向流量導致更多的MAC表項

    (4)匯聚層STP(生成樹協議)高負荷:由於大量VLAN配置在大量接口,匯聚層交換機的壓力大

             增。

3、VXLAN報文格式

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    Outer header:封裝VXLAN的UDP報文頭,VXLAN封裝在UDP報文的數據部分。

    VXLAN Header:VXLAN報文頭,包括:

         F:未使用

         I:表示VXLAN Network ID有效

         Reserved:未使用

        VXLAN Network ID:24bit,標識VXLAN網絡標識,類似VLAN的ID,

        只是必VLAN所表示的範圍大很多

4、VXLAN網絡的初始化


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    VTEP :VXLAN隧道終端 (VXLAN Tunneling End Point),用於多VXLAN報文進行封裝/解封    裝,包括mac請求報文和正常VXLAN數據報文,在一端封裝報文後通過隧道向另一端VTEP發送封裝報文,另一端VTEP接收到封裝的報文解封裝後根 據被封裝的MAC地址進行轉發。VTEP可由支持VXLAN的硬件設備或軟件來實現。

    VM1及VM2連接到VXLAN網絡100, 兩個VXLAN主機加入IP多播組239.119.1.1

5、VXLAN網絡交互過程

    以ARP交互爲例,其他數據報的交互類似

    ARP請求:


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    (1)VM1以廣播的形式發送ARP請求

    (2)VTEP1把ARP請求報文被封裝在IP多播報文中,並打上VXLAN標識爲100

    (3)VTEP1在ip多播組內裏進行多播

    (4)VTEP2接收到ip多播報文後對內層MAC地址到外層ip地址的映射進行學習,並解封裝後
            本地VXLAN標識爲100的虛擬局域內廣播(這也是VXLAN ID的用武之地)

    (5)VM2接收到請求自己MAC的ARP請求後做出響應

    ARP響應:    

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    (1)VM2準備ARP響應報文後向VM1發送響應報文

    (2)VTEP2接收到VM2的響應報文後把它封裝在ip單播報文中(VXLAN標識依然爲100),然 後向VM1發送單播

    (3)VTEP1接收到單播報文後,學習內層MAC到外層ip地址的映射,解封裝並根據被封裝內容              的目的MAC地址轉發給VM1

    (4)VM1接收到ARP應答報文,ARP交互結束

6、VXLAN網絡和非VXLAN網絡連接

     必須使用VXLAN的網關才能把VXLAN網絡和外部網絡進行橋接和完成VXLAN ID和VLAN ID之間的映射和路由,和VLAN一樣,虛擬局域網之間的通信需要三層設備的支持,即VXLAN虛擬局域網之間的通信也需要VXLAN路由的支持。同樣, 網關可由硬件或軟件來實現。


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