局域網SDN技術硬核內幕 二 雲網CP的日常恩愛——硬件VXLAN轉發平面
在大家的祝福之下，雲和網絡經歷了紅娘撮合(EVPN信令平面)、領證(層次化端口綁定)，終於要過上幸福的小日子了——也就是業務轉發。
我們知道，交換機作爲VXLAN網關的硬件VXLAN，和前面我們提到的OVS作爲VXLAN網關的軟件VXLAN，轉發平面的差異主要就是讓交換機專用硬件(ASIC)接管了OVS進行VXLAN的處理，從而大大提升網絡轉發平面工作效率。
讓我們看一看，交換機專用硬件具體是如何處理虛擬化網絡數據轉發的呢？
首先，讓我們看最簡單的情況——同一個OVS下的二層轉發。
如圖，由於VM100和VM200在同一個網段，都連接在OVS上，OVS可以直接轉發兩個VM之間的數據通信。在有了DPDK的條件下，這種二層轉發效率還是比較高的，不需要在VM和宿主機之間進行數據拷貝。
那麼，如果VM100和VM200屬於不同的網段呢？
如圖，VM 100和VM 200分別在VLAN 100和VLAN 200內，它們的默認網關分別是VLAN 100和VLAN 200的VLAN Interface IP地址。
OVS會將來自VM 100的數據包打上VLAN Tag，發送到硬件交換機，硬件交換機的VLAN Interface收到這個數據包，做三層跨VLAN轉發，送回到OVS。OVS剝離VLAN Tag後，將數據包發送到VM 200。
大家發現，這和園區網中的跨VLAN三層轉發工作原理完全相同，並不涉及VXLAN。
什麼情況會涉及VXLAN呢？
讓我們回憶一下，硬件VXLAN與軟件VXLAN實現的最大區別是——
對了，是硬件交換機作爲VXLAN網關(VTEP)，也就是說，只有跨TOR交換機的數據轉發，纔會涉及VXLAN！
我們先看看跨TOR交換機的虛擬機二層互通——
哈哈，這個圖是不是很複雜？那好吧，讓我們細細分解——
首先，來自VM的數據包，在VLAN 100中，被OVS打上了VLAN 100的VLAN TAG。TOR交換機收到這個數據包以後，首先，會按照目的MAC地址查找轉發表。
由於這個數據包是跨交換機轉發的，顯然，目的MAC在VXLAN隧道的另一端。交換機的MAC表項中，出方向接口是VXLAN的VSI接口，又叫Tunnel口。交換機會對所有從VXLAN Tunnel口發送的數據包進行VXLAN封裝。
VXLAN封裝用的外層源IP和目的IP是哪裏來的呢？源IP很好理解，是VSI接口自身的IP地址，而目的IP用對端VTEP的IP地址就行了。
由於同一個網段的虛擬機，有可能位於多個VTEP下面，所以，理論上如果有n個VTEP，那麼，每個VTEP上會有n-1個屬於該網段(VXLAN ID)的VXLAN隧道。怎麼樣確定這個數據包應當被送到哪個VXLAN隧道呢？
我們回想一下EVPN一節中學到的內容。對端的VM上線的時候，VTEP可以獲取到它的IP地址和MAC地址，並通過EVPN通告給網絡中其他VTEP，其他VTEP收到相關信息以後，就會建立相關的MAC表項，將這個MAC地址的出接口，指向去往它所在的VTEP的隧道。
當目的VM所在的VTEP收到VXLAN數據包之後，它也會查找VXLAN隧道內部的MAC地址，發現它的出方向接口之後，會轉換爲對應的VLAN，併發送到宿主機，由OVS負責將數據包送到VM。我們管剝離VXLAN數據包頭後的出方向接口，叫做VXLAN AC(Attach Circult)口。
是不是很神奇？
別急，我們還有更神奇的。
對於跨網段跨VTEP的轉發，也就是VXLAN三層路由，實現方式是什麼樣的呢？
如圖，我們回憶一下OVS實現的分佈式任意播網關下，三層VXLAN路由的實現：
看，VXLAN 8100還是那個VXLAN 8100，兩個OVS下的VM也還是那兩個屬於VLAN 100和VLAN 200的VM。唯一不一樣的，是OVS和TOR之間爲VLAN。
在VXLAN三層路由場景，TOR收到來自VM100的數據包，發現它的MAC地址指向自身VXLAN VSI接口。TOR會根據目的IP查找關聯的對端VTEP，並將數據包封裝兩端VTEP的IP地址作爲源IP和目的IP——
等等，少了什麼？
對了，VLAN 100是如何映射到VXLAN 8100的？
——TOR會根據目的IP查找關聯的對端VTEP……
這條表項中，也記錄了三層互通用的VXLAN 8100啊！
目的IP關聯的VTEP，以及需要轉換的VXLAN ID (8100)，這些信息是哪來的呢？對，就是由對端VTEP通過EVPN昭告天下的。
好了，讓我們小結一下今天的收穫：
- 交換機作爲VXLAN網關時，有兩類接口：Attached Circult口和Tunnel口(或VSI口)，從前者進後者出時，封裝進入VXLAN隧道，反之，剝離VXLAN隧道；
- 交換機做二層VXLAN轉發時，查找的是目的MAC地址，做三層VXLAN路由時，先查找目的MAC地址對應接口(指向本地VSI口)，再通過IP地址查找VXLAN隧道的目的地址，進行VXLAN封裝；
- 來自VXLAN隧道的數據包，在交換機上進行解封裝，查找目的IP/MAC地址，從AC口發送到本地的OVS，最後送到VM；
- 所有隧道遠端的VM的MAC/IP信息，均來自遠端EVPN通告。
5. 再好的CP，過日子也要明算賬。層次化端口綁定和EVPN讓所有VTEP表項和雲平臺同步，才能讓雲與網絡這對CP天長地久。
今天大家不但學到了SDN，還學到了人生哲學。明天我們將解決一個挖了很久的坑——怎麼樣讓數據包走出數據中心網絡呢？