学习VXLAN -- 报文结构、原理和配置

本文主要是介绍学习VXLAN -- 报文结构、原理和配置，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

VXLAN

背景

传统的二层网络面临VLAN资源不足、虚机迁移业务部中断等挑战，并且多数据中心之间要通过实现三层网络连接的两个二层网络互通

什么是VXLAN

VXLAN（Virtual Extensible LAN）可扩展虚拟局域网。是基于IP网络、采用“MAC in UDP”封装形式的二层VPN技术，可以基于已有的网络，为分散的物理站点提供二层互联，并能够为不同的租户提供业务隔离

VXLAN是Overlay技术的一种，VXLAN通过隧道机制在现有网络上构建一个叠加的网络，从而绕过现有VLAN标签的限制。Overlay可以做到流量控制。

VLAN的作用是从逻辑上隔离局域网中的设备，VXLAN是将两个局域网打通

VTEP（Virtual Tunnel Endpoint）是VXLAN隧道端点，是VXLAN的边缘设备，用于VXLAN报文的封装和解封装。如物理交换机、虚拟交换机、等，可以是独立的物理设备或虚机所在的服务器
VTEP只支持VXLAN二层转发功能的设备，只能在相同VXLAN内进行二层转发

VXLAN的优势

1. 支持大量的租户：声依永24位标识符，最多可支持2的24磁盘（16777216）个VXLAN，解决了传统二层网络VLAN资源不足的问题
2. 虚机迁移IP、MAC不变：采用MAC in UDP的封装方式，实现原始二层报文在IP网络中的透明传输（支持虚机跨网络迁移）
3. 易于维护：基于IP网络组建大二层网络，可以充分利用现有的IP网络技术；只有IP核心网络的边缘设备需要进行VXLAN处理，网络中间设备只需根据IP头转发报文

VXLAN报文结构

• 外层以太头
  • 14字节，若包含VLAN tag则为18字节
  • 源MAC为源VM所属VTEP的MAC地址
  • 目的MAC为到达目标VTEP路径上下一跳设备的MAC地址
• 外层IP头
  • 可以是ipv4（20字节）也可以是ipv6（40字节）
  • 源IP为源VTEP的IP地址，目标IP为目标VTEP的IP地址
• 外层UDP头（8字节）
  • 目的端口号缺省为4789，表示内层封装报文为VXLAN报文。源端口为本地随机获取
  • 可用于VTEP之间的多路负载分担的计算
  • 基于UDP来实现VXLAN隧道，VXLAN头部对于网络而言是一个服务，可以避免NAT、防火墙的影响，做到穿越NAT
  • 迁移虚机是做内存迁移，所以传输的数据小，时间够快，做到轻量级
• VXLAN头（8字节）
  • 标记位8bit，其中I位为1时，表示VXLAN头中的VXLAN ID有效
  • VXLAN ID（24bit），又称VNI，网络标识符，不同VXLAN网络中的用户终端不能二层互通
  • Reserved（8bit），协议保留位
• 原始二层数据，虚机发送的原始以太报文

虚机网关在物理交换机上时，报文会封装外层MAC头

虚机网关在虚拟交换机上时，不会封装外层MAC头

一些特定名词

BD

BD：桥域（Bridge Domain），类似传统网络中采用VLAN划分广播域，在VXLAN网络中一个BD标识一个大二层广播域

VBDIF

VBDIF：类似于VLANIF。VBDIF接口在VXLAN三层网关上配置，是基于BD创建的三层逻辑接口

通过VBDIF接口可以实现不同网段的用户通过VXLAN网络通信，以及VXLAN网络和非VXLAN网络之间的同学，也可以实现二层网络接入三层网络

VAP

VAP：虚拟接入点（Virtual Access Point），实现VXLAN的业务接入。

VAP有两种配置方式：
二层子接口方式接入，例如在sw1创建二层子接口关联BD10，则这个子接口下的特定流量会被注入到BD10
VLAN绑定方式接入，例如在sw2配置VLAN10与广播域BD10关联，则所有VLAN10的流量会被注入到BD10

VSI

VSI：虚拟交换实例（Virtual Switch Instance），是在虚拟交换机上创建的逻辑实体。可以把同一个VSI的VXLAN网络看做一个大二层VXLAN Domain

每个 VSI 可以看作是一个独立的逻辑交换机，具有自己的端口、VLAN 设置和交换规则。在虚拟化环境中，多个 VSI 可以共享同一个物理交换机，并且能够隔离不同的虚拟网络流量

VSI具备传统以太网交换机的所有功能，如MAC地址表、老化机制等。VSI与VXLAN需一一对应

VSI-Interface

VSI ：虚拟交换接口（Virtual Switch Interface），这是指连接虚拟交换机和物理网络设备（如物理交换机或路由器）的逻辑接口。是VXLAN内虚拟机的网关，用于处理跨VXLAN网络的报文转发

一个VXLAN网络对应一个VSI-Interface

AC

AC：接入链路（Attachment Circuit），就是接入链路，接入VTEP的逻辑链路。也称以太网服务实例（Service Instannce），指定该服务的感兴趣数据流（通常基于VLAN），指定感兴趣六在哪个VSI中转发

VXLAN的实现原理图

VXLAN MAC地址表项

VXLAN实现的是在overlay网络中进行二层转发，转发单播数据帧依赖的是MAC地址表项

VTEP接收到BD内来自本地的数据帧，将数据帧的源MAC地址添加到该BD的MAC地址表中，出接口为收到数据帧的接口

该表项用于指导发往本VTEP下连接终端的数据帧的转发

MAC地址动态学习

转发属于远端VTEP下所连接设备的数据帧，需要先学习到远端设备的MAC地址
该过程与传统MAC地址表形成过程类似

VXLAN隧道

VXLAN隧道工作模式

L2 Gateway

L2 Gateway二层转发模式，VTEP通过查找MAC地址表项对流量进行转发，用于VXLAN和VLAN之间的二层通讯

下图是个例子（左上源MAC和目的MAC没有写）

IP Gateway

IP Gateway三层转发模式，VTEP设备通过查找ARP表项对流量进行转发，用于VXLAN和外部IP网络之间的三层通讯

VXLAN隧道的建立与关联

VXLAN隧道由一堆VTEP确定，报文在VTEP设备进行封装之后再VXLAN隧道中依靠路由进行传输。只要VXLAN隧道的两端VTEP是三层路由可达的，VXLAN隧道就可以建立成功

VXLAN隧道建立的方式

静态隧道： 通过用户手动配置本端和对端的VNI、VTEP地址和头端复制列表来完成

动态隧道： 通过BGP EVNP（以太网虚拟私有网络）方式，在VTEP之间建立BGP EVPN对等体，然后对等体之间利用BGP EVPN路由来互相传递VNI和VTEP IP，自动建立VXLAN隧道

VXLAN对到与VXLAN关联的方式

手动 ：手动将VXLAN隧道与VXLAN关联

自动 ：通过EVPN协议自动将VXLAN隧道与VXLAN关联

配置

静态隧道实验：https://www.bilibili.com/video/BV11G411r7Ux?p=4&spm_id_from=pageDriver&vd_source=9a5a23788869349258fb86060e91a4a9

VXLAN接入配置

创建BD

bridge-domain 10

创建子接口:G1/0/2收到vlan10的报文，则将报文关联到BD10

interface gigabitethernet 1/0/2
port link-type trunk
interface gigabitethernet 1/0/2.1 mode l2       // 创建子接口
encapsulation dot1q vid 10                      //子接口和vlan10关联
bridge-domain 10                                //子接口和BD关联

VXLAN隧道配置

属于BD10的报文，将打上VNI100的VXLAN标识，并封装上源地址为1.1.1.1，目的地址为2.2.2.2的新IP头部，发到对端VNE

bridge-domian 10    //进入BD10配置视图
vxlan vni 100       //将BD10和VNI100进行关联
interface vne 1     //创建VXLAN隧道，编号为1
source 1.1.1.1
vni 100 head-end peer-list 2.2.2.2    //隧道目的IP

文章参考视频：

【VXLAN到底是什么东西？90分钟彻底搞懂VXLAN原理及配置】 https://www.bilibili.com/video/BV11G411r7Ux/?p=2&share_source=copy_web&vd_source=894e93829ee81a32aec5a64dae8e7ee1

【4.VXLAN基本原理介绍】https://www.bilibili.com/video/BV1TC4y1e7x1/?share_source=copy_web&vd_source=894e93829ee81a32aec5a64dae8e7ee1

这篇关于学习VXLAN -- 报文结构、原理和配置的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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