VXLAN技术介绍与应用场景，附VXLAN手册下载！

1. vlan的数量限制

4096个vlan远不能满足大规模云计算数据中心的需求

2. 物理网络基础设施的限制

基于I P子网的区域划分限制了需要 二层网络连通性的应用负载的 部署

3. TOR交换机MAC表耗尽

虚拟化以及东西向流量导致更多的MAC表项

4. 多租户场景

IP地址重叠？

2什么是Vxlan

RFC7348定义了VLAN扩展方案VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟扩展局域网）。

VXLAN采用MAC in UDP（User Datagram Protocol）封装方式，是NVO3（Network Virtualization over Layer 3）中的一种网络虚拟化技术。

3VXLAN与VLAN之间有何不同

VLAN作为传统的网络隔离技术，在标准定义中VLAN的数量只有4000个左右，无法满足大型数据中心的租户间隔离需求。另外，VLAN的二层范围一般较小且固定，无法支持虚拟机大范围的动态迁移。

VXLAN完美地弥补了VLAN的上述不足，一方面通过VXLAN中的24比特VNI字段，提供多达16M租户的标识能力，远大于VLAN的4000；另一方面，VXLAN本质上在两台交换机之间构建了一条穿越数据中心基础IP网络的虚拟隧道，将数据中心网络虚拟成一个巨型“二层交换机”，满足虚拟机大范围动态迁移的需求。

虽然从名字上看，VXLAN是VLAN的一种扩展协议，但VXLAN构建虚拟隧道的本领已经与VLAN迥然不同了。

下面就让我们来看下，VXLAN报文到底长啥样。

VXLAN报文格式（以外层IP头为IPv4格式为例）

如上图所示，VTEP对VM发送的原始以太帧（Original L2 Frame）进行了以下“包装”：

• VXLAN Header 增加VXLAN头（8字节），其中包含24比特的VNI字段，用来定义VXLAN网络中不同的租户。此外，还包含VXLAN Flags（8比特，取值为00001000）和两个保留字段（分别为24比特和8比特）。
• UDP Header VXLAN头和原始以太帧一起作为UDP的数据。UDP头中，目的端口号（VXLAN Port）固定为4789，源端口号（UDP Src. Port）是原始以太帧通过哈希算法计算后的值。
• Outer IP Header 封装外层IP头。其中，源IP地址（Outer Src. IP）为源VM所属VTEP的IP地址，目的IP地址（Outer Dst. IP）为目的VM所属VTEP的IP地址。
• Outer MAC Header 封装外层以太头。其中，源MAC地址（Src. MAC Addr.）为源VM所属VTEP的MAC地址，目的MAC地址（Dst. MAC Addr.）为到达目的VTEP的路径中下一跳设备的MAC地址。

4VXLAN报文转发机制

建立VXLAN隧道

网络中存在多个VTEP，那么这其中哪些VTEP间需要建立VXLAN隧道呢？

通过VXLAN隧道，“二层域”可以突破物理上的界限，实现大二层网络中VM之间的通信。所以，连接在不同VTEP上的VM之间如果有“大二层”互通的需求，这两个VTEP之间就需要建立VXLAN隧道。换言之，同一大二层域内的VTEP之间都需要建立VXLAN隧道。

例如，假设上图中VTEP_1连接的VM、VTEP_2连接的VM以及VTEP_3连接的VM之间需要“大二层”互通，那VTEP_1、VTEP_2和VTEP_3之间就需要两两建立VXLAN隧道，如下图所示。

建立VXLAN隧道示意图

什么是“同一大二层域”

前面提到的“同一大二层域”，就类似于传统网络中VLAN（虚拟局域网）的概念，只不过在VXLAN网络中，它有另外一个名字，叫做Bridge-Domain，简称BD。我们知道，不同的VLAN是通过VLAN ID来进行区分的，那不同的BD是如何进行区分的呢？其实前面已经提到了，就是通过VNI来区分的。对于CE系列交换机而言，BD与VNI是1：1的映射关系，这种映射关系是通过在VTEP上配置命令行建立起来的。配置如下：

Part1

bridge-domain 10 //表示创建一个“大二层广播域”BD，其编号为10 vxlan vni 5000 //表示在BD 10下，指定与之关联的VNI为5000

Part2

VTEP会根据以上配置生成BD与VNI的映射关系表，该映射表可以通过命令行查看，如下所示：

<HUAWEI> display vxlan vni
Number of vxlan vni : 1
VNI            BD-ID            State
----------------------------------
5000           10               up

有了映射表后，进入VTEP的报文就可以根据自己所属的BD来确定报文封装时该添加哪个VNI。

5VXLAN应用部署方式

在上图所示的数据中心里，企业用户拥有多个部门（部门1和部门2），每个部门中拥有多个VM（VM1和VM3，VM2和VM4）。同部门的VM属于同一个网段，不同部门的VM属于不同的网段。用户希望同一部门VM之间、不同部门VM之间，VM与Internet之间均可相互访问。

VXLAN网络的子网互通

相同子网互通

如图，Leaf1和Leaf2作为VXLAN网络的VTEP，两个Leaf之间搭建VXLAN隧道，并在每个Leaf上部署VXLAN二层网关，即可实现同一部门VM之间的相互通信。此时Spine只作为VXLAN报文的转发节点，不感知VXLAN隧道的存在，可以是任意的三层网络设备。

相同子网互通

不同子网互通（集中式网关）

如图，Leaf1、Leaf2和Spine作为VXLAN网络的VTEP，Leaf1和Spine之间、Leaf2和Spine之间分别搭建VXLAN隧道，并在Spine上部署VXLAN三层网关，即可实现不同部门VM之间的相互通信。

不同子网互通（集中式网关）

不同子网互通（分布式网关）

在不同子网互通（集中式网关）中，同一Leaf（Leaf1）下挂的不同网段VM（VM1和VM2）之间的通信，都需要在Spine上进行绕行，这样就导致Leaf与Spine之间的链路上，存在冗余的报文，额外占用了大量的带宽。同时，Spine作为VXLAN三层网关时，所有通过三层转发的终端租户的表项都需要在该设备上生成。但是，Spine的表项规格有限，当终端租户的数量越来越多时，容易成为网络瓶颈。

分布式网关的出现，很好的解决了这两个问题。

同Leaf节点下不同部门VM之间的通信

Leaf1作为VXLAN网络的VTEP，在Leaf1上部署VXLAN三层网关，即可实现同Leaf下不同部门VM之间的相互通信。此时，VM1和VM2互访时，流量只需要在Leaf1节点进行转发，不再需要经过Spine节点，从而节约了大量的带宽资源。

跨Leaf节点不同部门VM之间的通信

Leaf1和Leaf2作为VXLAN网络的VTEP，在Leaf1和Leaf2上部署VXLAN三层网关。两个VXLAN三层网关之间通过BGP动态建立VXLAN隧道，并通过BGP的remote-nexthop属性发布本网关下挂的主机路由信息给其他BGP邻居，从而实现跨Leaf节点不同部门VM之间的相互通信。

不同子网互通（分布式网关）

VXLAN网络的可靠性

随着网络的快速普及和应用的日益深入，基础网络的可靠性日益成为用户关注的焦点，如何能够保证网络传输不中断对于终端用户而言非常重要。

在VXLAN网络的子网互通中，VM与Leaf之间，Leaf与Spine之间都是通过单归方式接入的。这种组网接入方式，显然已经不能满足用户对VXLAN网络可靠性的需求。

这时，可以按照如下图所示方式，提升VXLAN网络的可靠性。