ＶＸＬＡＮ ＲＦＣ 文檔 ： https://tools.ietf.org/html/rfc7348
作為網絡虛拟化的重要技術，VXLAN備受關注，該協定是如何運作的?如何通過資料與控制層面的分離實作SDN網絡?如何部署?本博文将為您詳細介紹...
一 . 為什麼需要Vxlan
1. vlan的數量限制
4096個vlan遠不能滿足大規模雲計算資料中心的需求
2. 實體網絡基礎設施的限制
基于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
虛拟化以及東西向流量導緻更多的MAC表項
4. 多租戶場景
IP位址重疊
二. 什麼是Vxlan
1. Vxlan封包
vxlan(virtual Extensible LAN)虛拟可擴充區域網路，是一種overlay的網絡技術，使用MAC in UDP的方法進行封裝，共50位元組的封裝封包頭。具體的封包格式如下：
(1) vxlan header
共計8個位元組，目前使用的是Flags中的一個8bit的辨別位和24bit的VNI(Vxlan Network identifier)，其餘部分沒有定義，但是在使用的時候必須設定為0x0000。
(2) 外層的UDP報頭
目的端口使用4798，但是可以根據需要進行修改。同僚UDP的校驗和必須設定成全0。
(3) IP封包頭
目的IP位址可以是單點傳播位址，也可以是多點傳播位址。單點傳播情況下，目的IP位址是Vxlan Tunnel End Point(VTEP)的IP位址。在多點傳播情況下引入VXLAN管理層，利用VNI和IP多點傳播組的映射來确定VTEPs。
protocol：設定值為0x11，顯示說明這是UDP資料包
Source ip: 源vTEP_IP;
Destination ip: 目的VTEP IP。
(4) Ethernet Header
Destination Address：目的VTEP的Mac 位址，即為本地下一跳的位址(通常是網關Mac 位址);
VLAN: VLAN Type被設定為0x8100， 并可以設定Vlan Id tag(這就是vxlan的vlan 标簽)。
Ethertype：設定值為0x8000，指明資料包為IPv4的。
補充：VTEP的作用?
用于對VXLAN封包進行封裝/解封裝，包括ARP請求封包和正常的VXLAN資料封包，在一段封裝封包後通過隧道向另一端VTEP發送封裝封包，另一端VTEP接收到封裝的封包解封裝後根據封裝的MAC位址進行裝法。VTEP可由支援VXLAN的硬體裝置或軟體來實作。
從封裝的結構上來看，VXLAN提供了将二層網絡overlay在三層網絡上的能力，VXLAN Header中的VNI有24個bit，數量遠遠大于4096，并且UDP的封裝可以穿越三層網絡，比VLAN有更好的擴充性。
2. Vxlan的資料和控制平面
(1) 資料平面---隧道機制
已經知道，VTEP為虛拟機的資料包加上了層標頭，這些新的報頭之有在資料到達目的VTEP後才會被去掉。中間路徑的網絡裝置隻會根據外層標頭内的目的位址進行資料轉發，對于轉發路徑上的網絡來說，一個Vxlan資料包跟一個普通IP包相比，出了個頭大一點外沒有差別。
由于VXLAN的資料包在整個轉發過程中保持了内部資料的完整，是以VXLAN的資料平面是一個基于隧道的資料平面。
(2) 控制平面----改進的二層協定
VXLAN不會在虛拟機之間維持一個長連接配接，是以VXLAN需要一個控制平面來記錄對端位址可達情況。控制平面的表為(VNI，内層MAC，外層vtep_ip)。Vxlan學習位址的時候仍然儲存着二層協定的特征，節點之間不會周期性的交換各自的路由表，對于不認識的MAC位址，VXLAN依靠多點傳播來擷取路徑資訊(如果有SDN Controller，可以向SDN單點傳播擷取)。
另一方面，VXLAN還有自學習的功能，當VTEP收到一個UDP資料報後，會檢查自己是否收到過這個虛拟機的資料，如果沒有，VTEP就會記錄源vni/源外層ip/源内層mac對應關系，避免多點傳播學習。
三. VxlanARP請求
(1) vxlan初始化
VM1和VM2連接配接到VXLAN網絡(VNI)100，兩個VXLAN主機加入IP多點傳播組239.119.1.1
(2) ARP請求
1) VM1以廣播的形式發送ARP請求;
2) VTEP1封裝封包。打上VXLAN辨別為100，外層IP頭DA為IP多點傳播組(239.119.1.1)，SA為IP_VTEP1.
3) VTEP1在多點傳播組内進行多點傳播;
4) VTEP2解析接收到多點傳播封包。填寫流表(VNI, 内層mac位址，外層Ip位址)，并在本地VXLAN辨別為100的範圍内
廣播(是VXLAN的用武之地)。
5) VM2對接收到的ARP請求進行響應;
(3) ARP應答
1) VM2準備ARP響應封包後向VM1發送響應封包
2)VTEP2接收到VM2的響應封包後把它封裝在ip單點傳播封包中(VXLAN辨別依然為100)，然 後向VM1發送單點傳播
3)VTEP1接收到單點傳播封包後，學習内層MAC到外層ip位址的映射，解封裝并根據被封裝内容的目的MAC位址轉發給VM1
4)VM1接收到ARP應答封包，ARP互動結束
四：資料傳輸
(1) ARP請求應答之後，VM1知道了VM2的Mac位址，并且要向VM2通信(注意，VM1是以TCP的方法向VM2發送資料的)。
VTEP1 收到VM1發送資料包，用MAC位址從流表中檢查VM1與VM2是否屬于用一個VNI。兩個VM不但位于同一個VNI中(不在同一個VNI中出網關)，并且VTEP1已經知道了VM2的所有位址資訊(MAC和VTEP2_IP)。VTEP1封裝新的資料包。然後交給上聯交換機。
(2) 上聯交換機收到伺服器發來的UDP包，對比目的IP位址和自己的路由表，然後将資料報轉發給相應的端口。
(3) 目的VTEP收到資料包後檢查器VNI，如果UDP報中VNI與VM2的VNI一緻，則将資料包解封裝後交給VM2進一步處理。至此一個資料包傳輸完成。整個Vxlan相關的行為(可能穿越多個網關)對虛拟機來說是透明的，虛拟機不會感受傳輸的過程。雖然VM1與VM2之間啟動了TCP來傳輸資料，但資料包一路上實際是以UDP的形式被轉發，兩端的VTEP并不會檢查資料是否正确或者順序是否完整，所有的這些工作都是在VM1和VM2在接收到解封裝的TCP包後完成的。也就是說如果說如果被UDP封裝的是TCP連接配接，那麼UDP和TCP将做為兩個獨立的協定棧各自工作，互相之間沒有互動。
五：Vxlan網關
如果需要VXLAN網絡和非VXLAN網絡連接配接，必須使用VXLAN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，VXLAN網絡之間的通信也需要三層裝置的支援，即VXLAN路由的支援。同樣VXLAN網關可由硬體和軟體來實作。從封裝的結構上來看，VXLAN提供了将二層網絡overlay在三層網絡上的能力，VXLAN Header中的VNI有24個bit，數量遠遠大于4096，并且UDP的封裝可以穿越三層網絡，比VLAN有更好的擴充性。
六.部署
(1) 純VXLAN部署場景
對于連接配接到VXLAN内的虛拟機，由于虛拟機的VLAN資訊不再作為轉發的依據，虛拟機的遷移也就不再受三層網關的限制，可以實作跨越三層網關的遷移。
(2) VXLAN與VLAN混合部署
為了實作VLAN和VXLAN之間互通，VXLAN定義了VXLAN網關。VXLAN網關上同時存在兩種類型的端口：VXLAN端口和普通端口。
當收到從VXLAN網絡到普通網絡的資料時，VXLAN網關去掉外層標頭，根據内層的原始幀頭轉發到普通端口上;當有資料從普通網絡進入到VXLAN網絡時，VXLAN網關負責打上外層標頭，并根據原始VLAN ID對應到一個VNI，同時去掉内層標頭的VLAN ID資訊。相應的如果VXLAN網關發現一個VXLAN包的内層幀頭上還帶有原始的二層VLAN ID，會直接将這個包丢棄。
之是以這樣，是VLAN ID是一個本地資訊，僅僅在一個地方的二層網絡上其作用，VXLAN是隧道機制，并不依賴VLAN ID進行轉發，也無法檢查VLAN ID正确與否。是以，VXLAN網關連接配接傳統網絡的端口必須配置ACCESS口，不能啟用TRUNK口。
七.一圖貫之
