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VXLAN概述

顧名思義，VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network）提供了類似VLAN的二層網路服務，並且比VLAN更具備擴展性和靈活性，該技術將數據中心物理網路架構（underlay）與數據中心邏輯網路架構（overlay）解耦，滿足了雲計算對數據中心網路架構靈活部署和彈性擴展的需求。

VXLAN優勢

業務靈活部署：VXLAN可以在共享的數據中心物理網路架構之上提供邏輯的大二層擴展，用戶或者管理員可以實現業務的靈活按需部署。

優良的彈性：VXLAN使用24-bit VNI（VXLAN Network Identifier），允許多達1600萬的VXLAN段（segment）在相同的管理域中共存。

更佳的底層網路利用率：VLAN為避免環路，使用STP阻斷（block）冗餘鏈路。VXLAN採用UDP封裝，利用第三層IP路由、等成本路徑（ECMP）和鏈路聚合（LACP）技術使用了全部可用路徑。

VXLAN數據包格式

VXLAN是一種承載協議，定義了MAC-over-UDP的封裝方案，由內（inner）到外（outer）分別增加了8位元組VXLAN頭部，8位元組UDP頭部，20位元組IP頭部和14位元組乙太網頭部，合計增加了50位元組封裝。

VXLAN包格式

VXLAN術語

VXLAN隧道端點（VTEP）：VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint ）負責VXLAN報文的封裝與解封裝。每個VTEP具備兩個介面：一個是本地橋接介面，負責原始以太幀接收和發送，另一個是IP介面，負責VXLAN數據幀接收和發送。VTEP可以是物理交換機或軟體交換機。

VTEP如圖

VXLAN IP網關：VXLAN IP網關（VXLAN IP Gateway）負責VXLAN和非VXLAN之間、不同VXLAN之間的網路通訊。

VXLAN網關如圖

VXLAN組播：VXLAN組播（multicast）用於減小VXLAN主機的廣播洪泛範圍，實現遠程VTEP發現、完成遠程主機MAC地址與MAC-to-VTEP映射學習。每個VXLAN段可被映射到一個組播組，VTEP設備通過Internet Group Management Protocol（IGMP）協議加入這個組播組。

VXLAN組播組部署

VXLAN技術

遠程VTEP發現和MAC地址學習

本文僅討論經典模式的遠程VTEP發現和MAC地址學習機制。圖5中顯示了VTEP發現和MAC地址學習過程。有三個VTEP參與VXLAN 10，使用組播239.1.1.1，終端設備A（使用IP-A，MAC-A）與終端設備B（使用IP-B，MAC-B）通訊。

① 終端設備A發送ARP請求，請求終端設備B的MAC地址；

② VTEP-1收到終端設備A發送的ARP請求，此時VTEP-1還沒有終端設備B對應的地址映射表項，VTEP-1將ARP請求進行VXLAN封裝，VNI設置為10，outer-src-ip是VTEP-1的IP，outer-dst-ip是加入的組播地址，封裝完成後轉發至VXLAN組播組；

③ VTEP-2、VTEP3加入相同的組播組，所有組成員都會收到VTEP-1發送的組播報文，解封裝後檢查VNI與本地VNI是否匹配，如匹配則將ARP請求發送至本地網路，同時記錄終端設備A的VNI、inner MAC、outer IP的對應關係，構建控制平面地址映射表項。如VNI不匹配則丟棄數據包。

④ 終端設備B通過VTEP-2收到ARP請求後，以單播方式發送ARP響應，並且記錄IP-A-to-MAC-A映射。

⑤ VTEP-2收到終端設備B的ARP響應後進行VXLAN封裝，此時VTEP-2已經構建控制平面地址映射表項，通過VXLAN封裝後以UDP單播方式發送。Outer-src-ip是VTEP-2的IP地址，outer-dst-ip是VTEP-1的IP地址；

⑥ VTEP-1收到封裝後的ARP響應後，解封裝比對VNI，如匹配將ARP響應發送至終端設備A，同時記錄VNI、inner MAC、outer IP的對應關係，構建控制平面表項；

⑦ 此時VTEP-1、VTEP-2均已成功構建控制平面地址映射信息，後續VXLAN數據使用單播在VTEP-1和VTEP-2之間傳輸。

小貼士：VTEP可以配置ARP proxy，減少ARP組播請求。

VXLAN數據轉發

VTEP為原始數據幀增加UDP報頭，新的報頭到達目的VTEP後才會被去掉，中間路徑的網路設備只會根據外層（outer）包頭內的目的地址進行數據轉發。在圖6中，VXLAN 10中的Host-A和Host-B通過VTEP-1和VTEP-2之間的VXLAN隧道相互通信。這個例子假設在兩邊都已經完成了地址學習，並且在兩個VTEP上都有相應的MAC-to-VTEP映射。

① 當Host-A向Host-B發送流量時，它會將主機的MAC-B地址作為目標MAC地址，並將其發送到VTEP-1。

② VTEP-1在其映射表中映射了MAC-B到VTEP-2，通過在數據包中添加VXLAN、UDP和外部IP地址頭來執行VXLAN封裝。在外部IP地址頭中，源IP地址是VTEP-1的IP地址，目標IP地址是VTEP-2的IP地址。VTEP-1對VTEP-2的IP地址進行IP地址查找，找到傳輸網路中的下一個跳，然後使用下一跳設備的MAC地址進一步封裝數據幀，發送到下一跳設備。

③ ROUTER-1和ROUTER-2通過查找路由表，依據外部IP地址頭信息進行轉發。

④ 這些信息包基於其外部IP地址頭信息被路由到VTEP-2，後者的IP地址為VTEP-2。

⑤ VTEP-2接收數據包之後，它會去掉外部乙太網、IP、UDP和VXLAN頭信息，並根據乙太網幀中原始的目標MAC地址將數據包轉發給Host-B。

結論

數據中心的雲計算網路架構規劃、部署和配置是一項複雜的工作。啟迪雲本著「貼心繪雲、隨心上雲、省心管雲、安心用雲」的產品願景，為客戶在雲規劃、雲部署、雲管理和運營，以及雲安全等領域提供專業化的服務和適用的產品。

啟迪雲TCP（Tus Cloud Platform）：平台對物理網路進行邏輯抽象，構架彈性可擴展的多租戶虛擬私有網路，適用於私有雲、公有雲和混合雲。虛擬網路抽象不但隱藏了底層網路部署的複雜性，而且能夠更好的管理網路資源，最大程度減少了網路部署耗時和配置錯誤。TCP平台將虛擬網路（overlay）承載在數據中心傳統網路（underlay）之上，允許用戶像定義傳統L2/L3網路那樣定義自己的虛擬網路，一旦虛擬網路完成定義，TCP平台會將此邏輯虛擬網路通過overlay 技術映射到underlay網路並自動分配網路資源。

後續我們還將分享：VXLAN在雲計算中心的部署實踐、服務鏈（SFC）在雲計算基礎架構中的應用、NFV在雲計算基礎架構中的應用，以及雲計算安全等話題，敬請期待。

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