华为SDN之VXLAN

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VXLAN相关名词

VXLAN逻辑抽象

VXLAN的简化理解—---两次虚拟化

1、第一次虚拟化：利用隧道技术将边缘设备互连透传二层报文；整网抽象理解成一台端口数目扩展的超大LAN switch。

2、第二次虚拟化利用VNI将这台超大的交换机虚拟出多个二层的广播域，和VLAN本质是一样的， VNI类比VLANID. 并通过定义VXLAN header中的VNI字段，将子网范围由4K扩展至16M。

VXLAN报文格式

官方报文图：

其中VNI的24bit就是将子网范围4K扩展至2的24次方（16M）的原因。

抓包分析

VXLAN转发数据封装

隧道和VNI关系

两个VTEP可以确定一条VXLAN隧道，VTEP间的这条VXLAN隧道将被两个NVE间的所有VNI所公用。

VXLAN同子网转发流程

假设A、B、C、D都属于同一VNI ID的VNI 1。

• HOST A发送ARP Request报文到HOST B
• HOST B回应ARP Reply报文到HOST A。
• HOST A发送单播数据报文到HOST B。

同网段查MAC二层转发

1、A到B的ARP request 广播

• NVE1发现是广播报文，在VNI1内广播ARP request报文；报文做隧道封装；中间节点，IP透传overlay报文
• NVE2/3/4/5 接收报文,解隧道封装，原始报文本地VNI1内广播；学习到服务器A mac；

2、B回复A的ARP reply 单播

• NVE2查找服务器A mac转发表，命中出接口为 隧道(NVE2至NVE1隧道）；报文封装后三层转发
• 中间节点，IP透传overlay报文
• NVE1接收报文并解封装，在本地转发；NVE1学习到服务器B的MAC地址

3、A到B的单播数据报文

• NVE1 和 NVE2都学习到了服务器A和B的MAC地址；后续查找MAC则命中；单播流程，和VLAN一样的；
• 唯一不同的是外层封装了隧道；underlay 是IP转发；

VXLAN 跨子网转发流程

假设NVE5作为三层网关，HOST A属于VNI 1，HOST E属于VNI 2，默认主机与网关都互相学习到ARP表, 各个节点MAC都已学习。

• HOST A发送单播数据报文给HOST E。

A到E单播转发流程

• NVE1查找网关mac转发表，封装隧道；使用VNI1
• 网关解封装报文，根据内层IP头查路由，替换内层以太头，封装VXLAN头部，使用VNI2；
• NVE6 接收报文并解封装，内层报文根据目的MAC转发

上面的看完还是没有了解的话，可以再继续看看数据包层面的详细分析。部署在集中式网关场景中，此篇集中式还是分布式不是重点，后续文章会解释，在这里就先知道这个名词就好了。

拓扑大意

Leaf1上部署了Server1和Server3，Leaf2上部署了Server2，Spine上部署三层网关。

配置如下（此篇不是重点不做解释，后续文章后有相应解释）：

sysname Leaf1
#
bridge-domain 10
 vxlan vni 5010
#
bridge-domain 20
 vxlan vni 5020
#
interface 10GE1/0/2.1 mode l2
 encapsulation dot1q vid 10
 bridge-domain 10
#
interface 10GE1/0/3.1 mode l2
 encapsulation dot1q vid 30
 bridge-domain 20
#
interface Nve1
 source 2.2.2.2
 vni 5010 head-end peer-list 3.3.3.3
 vni 5020 head-end peer-list 3.3.3.3
 vni 5020 head-end peer-list 4.4.4.4
#
return

同子网已知单播报文转发

同子网已知单播报文转发只在VXLAN二层网关之间进行，三层网关无需感知。

1.Leaf1收到来自Host3的报文，根据报文中接入的端口和VLAN信息获取对应的二层广播域，并在该二层广播域内查找出接口和封装信息。

2.Leaf1上VTEP根据查找到的封装信息对数据报文进行VXLAN封装，然后根据查找到的出接口进行报文转发。

3.Leaf2上VTEP收到VXLAN报文后，根据UDP目的端口号、源/目的IP地址、VNI判断VXLAN报文的合法有效性。然后依据VNI获取对应的二层广播域，进行VXLAN解封装，获取内层的二层报文。

4.Leaf2根据内层二层报文的目的MAC，从本地MAC表找到对应的出接口和封装信息，为报文添加VLAN Tag，转发给对应的主机Host2。

跨子网报文转发

跨子网报文转发需要通过三层网关实现。

1.Leaf1收到来自Host1的报文，根据报文中接入的端口和VLAN信息获取对应的二层广播域，在对应的二层广播域内查找出接口和封装信息。

2.Leaf1上VTEP根据查找到的出接口和封装信息进行VXLAN封装，向Spine转发报文。

3.Spine收到VXLAN报文后进行解封装，发现内层报文中的目的MAC是三层网关接口VBDIF10的MAC地址MAC3，判断需要进行三层转发。

4.Spine剥除内层报文的以太封装，解析目的IP。根据目的IP查找路由表，找到目的IP的下一跳地址，再根据下一跳地址查找ARP表项，获取目的MAC、VXLAN隧道出接口及VNI等信息。

5.Spine重新封装VXLAN报文，向Leaf2转发。其中内层报文以太头中的源MAC是三层网关接口VBDIF20的MAC地址MAC4。

6.Leaf2上VTEP收到VXLAN报文后，根据UDP目的端口号、源/目的IP地址、VNI判断VXLAN报文的合法有效性。依据VNI获取对应的二层广播域，然后进行VXLAN解封装，获取内层二层报文，并在对应的二层广播域内查找出接口和封装信息。

7.Leaf2根据查找到的出接口和封装信息，为报文添加VLAN Tag，转发给对应的Host2。

上面都是在MAC已知的情况下，下面看看在未知条件下如何解决：

同子网BUM报文转发

同子网BUM报文转发只在VXLAN二层网关之间进行，三层网关无需感知。同子网BUM报文转发可以采用头端复制方式。

头端复制

头端复制是指，当BUM报文进入VXLAN隧道时，接入端VTEP根据头端复制列表进行报文的VXLAN封装，并将报文发送给头端复制列表中的所有出端口VTEP。BUM报文出VXLAN隧道时，出口端VTEP对报文解封装。

1.Leaf1收到来自终端A的报文，根据报文中接入的端口和VLAN信息获取对应的二层广播域。

2.Leaf1上VTEP根据对应的二层广播域获取对应VNI的头端复制隧道列表，依据获取的隧道列表进行报文复制，并进行VXLAN封装。然后将封装后的报文从出接口转发出去。

3.Leaf2/Leaf3上VTEP收到VXLAN报文后，根据UDP目的端口号、源/目的IP地址、VNI判断VXLAN报文的合法有效性。然后依据VNI获取对应的二层广播域，进行VXLAN解封装，获取内层二层报文。

4.Leaf2/Leaf3检查内层二层报文的目的MAC，发现是BUM MAC，在对应的二层广播域内的非VXLAN隧道侧进行广播处理，即：Leaf2/Leaf3分别从本地MAC表中找到非VXLAN隧道侧的所有出接口和封装信息，为报文添加VLAN Tag，转发给对应的终端B/C。