VxLAN协议-学习笔记

基于VLAN(https://www.cnblogs.com/yooyoo/p/15878442.html)在NFV虚机架构中容易出现的资源紧张问题，提出了新协议VxLAN

 

简介：

Virtual extensible Local Area Network

RFC7348

VMware.Cisco.etc

2014年定稿（继1998年VLAN之后的新拓展协议）

一种网络虚拟化技术，借助UDP层构建的一种Overlay（覆盖网络）。

虚拟化隧道通信技术，通过三层网络搭建的虚拟化二层网络。使逻辑网络与物理网络解耦合，实现灵活组网。

通过VxLAN隧道， “二层域”可突破物理上的界限，实现大二层网络中VM间的通信。

L2 over L4（MAC-in-UDP）

NVO3（Network virtualization over layer 3）

 

相关概念：

VTEP（VxLAN Tunnel Endpoints，VxLAN隧道端点），具有自动学习能力，能处理报文（封包、解包）

VM（Virtual Machine，虚拟机）

VNI（VxLAN Network Identifier，VxLAN隧道识别码）

 

报文结构：

MAC：Src MAC为源VM所属VTEP的MAC地址；Dst MAC为到达的VTEP的路径上，下一跳设备的MAC地址 。

IP：Src IP为源VM所属VTEP的IP地址；Dst IP为目的VM属于VTEP的IP地址。

 

0							13	14									33	34			41	42			49	50			...	...
MAC(14 bytes)								IP(20 bytes)										UDP(8 bytes)				VxLAN(8 bytes)				Original L2 Frame				FCS

 

UDP Header

0	1	2	3	6	5	4	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
UDP Src Port(Use Hash Algorithm)																VxLAN Port(4789, 0x12b5)
UDP Length																Checksum

 

VxLAN Header

0	1	2	3	6	5	4	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
Flags								Resv(Reserved Bits, All is 0)
VNI(VxLAN Network Idertifier)																								Resv(Reserved Bits, All is 0)

 

隧道转发流程

 

              原始报文                       封装                                       Logic Tunnel                                             解封装                                       

VM -----------------------------> VTEP ........................................ Network ......................................................VTEP ------------------------------------> VM

                 发送                                                                    经典路由转发                                                                              接收

 

封装：（1）将原始报文封装成新的UDP报文；（2）使用物理网络中的MAC和IP作外层头

解封装：（1）拆除VxLAN头；（2）根据VNI把原始报文发送到目的虚拟机

 

解包使用的三元组：Inner MAC Addr，VNI，VTEP IP Addr

 

协议优点：

1、隐藏了原始报文，表现得明里UDP，暗里为封装得完整帧；

2、解决了VLAN数量不足得问题，支持更大的容量，增加了隔离用户的数量；

3、解决了经典网络应用云计算的难题。

 

相对于VLAN技术网络连接冗余性大的特点（VLAN使用STP，Spanning Tree Protocol，防止环路，不使用网络中的半阻塞冗余路径），VxLAN可基于三层路由、ECMP路由以及链路聚合协议等手段利用所有可用的路径。

 

VxLAN协议带来的新问题：

1、额外的“报文和”计算，占用额外的50字节开销，计算量也增大；

2、复杂度、时间成本和人力成本，之前的部署、监控、运维，重新学习成本；

3、VxLAN开销大，相对于VLAN等技术载荷承载效率较低。