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[原创] IE-LAB网络实验室:简单了解vxlan技术

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发表于 5 天前 | 显示全部楼层 |阅读模式

VLAN (Virtual Local Area Network)意为虚拟局域网,是在交换机实现过程中涉及到的概念,由802.1Q标准所定义。由于交换机是工作在链路层的网络设备,连接在同一台交换机的终端处于同一个三层网中,同时也处于同一个广播域。当交换机接入较多的终端时,任意一台终端发送广播报文时(例如:ARP请求),报文都会传遍整个网络。对于规模较大的组网场景,广播报文的泛滥对于网络通信将会造成较大的影响。VLAN技术为这一问题提供了解决方案,VLAN将同一网络划分为多个逻辑上的虚拟子网,并规定当收到广播报文时,仅仅在其所在VLAN中进行广播从而防止广播报文泛滥。VLAN技术在链路层的层次中实现了广播域的隔离。
VXLANVirtual eXtensible Local Area Network,虚拟扩展局域网),是由IETF定义的NVO3Network Virtualization over Layer 3)标准技术之一,采用L2 over L4MAC-in-UDP)的报文封装模式,将二层报文用三层协议进行封装,可实现二层网络在三层范围内进行扩展,同时满足数据中心大二层虚拟迁移和多租户的需求。
NVO3是基于三层IP overlay网络构建虚拟网络的技术的统称,VXLAN只是NVO3技术之一。除此之外,比较有代表性的还有NVGRESTT
任何技术的产生,都有其特定的时代背景与实际需求,VXLAN正是为了解决云计算时代虚拟化中的一系列问题而产生的一项技术。
云计算,凭借其在系统利用率高、人力/管理成本低、灵活性/可扩展性强等方面表现出的优势,已经成为目前企业IT建设的新形态;而在云计算中,大量的采用和部署虚拟化是一个基本的技术模式。
服务器虚拟化技术的广泛部署,极大地增加了数据中心的计算密度;同时,为了实现业务的灵活变更,虚拟机VMVirtual Machine)需要能够在网络中不受限迁移(如图1-1所示)。实际上,对于数据中心而言,虚拟机迁移已经成为了一个常态性业务。
虚拟机迁移,顾名思义,就是将虚拟机从一个物理机迁移到另一个物理机,但是要求在迁移过程中业务不能中断。要做到这一点,需要保证虚拟机迁移前后,其IP地址、MAC地址等参数维持不变。这就决定了,虚拟机迁移必须发生在一个二层域中。而传统数据中心网络的二层域,将虚拟机迁移限制在了一个较小的局部范围内。
通过堆叠、SVFTRILL等技术构建物理上的大二层网络,可以将虚拟机迁移的范围扩大。但是,构建物理上的大二层,难免需要对原来的网络做大的改动,并且大二层网络的范围依然会受到种种条件的限制。于是,在VMwareCisco等全球知名厂商的共同推动下,VXLAN出现了
VXLAN通过将逻辑网络中通信的数据帧封装在物理网络中进行传输,封装和解封装的过程由VTEP节点完成。VXLAN将逻辑网络中的数据帧添加VXLAN首部后,封装在物理网络中的UDP报文中传送
• Outer MAC Header:封装外层以太头,14字节,如果有VLAN TAG则为18字节。其中,源MAC地址(Outer Source MAC Address)为源VM所属VTEPMAC地址,目的MAC地址(Outer Destination MAC Address)为到达目的VTEP的路径上下一跳设备的MAC地址。类型字段为0x0800,指示内层封装的是IP报文。
• Outer IP Header:封装外层IP头,20字节。其中,源IP地址(Outer Source IP Address)为源VM所属VTEPIP地址,目的IP地址(Outer Destination IP Address)为目的VM所属VTEPIP地址。协议字段为0x11,指示内层封装的是UDP报文。
• UDP HeaderUDP报文头,8字节。其中,UDP目的端口号(UDP Destination Port)固定为4789,指示内层封装报文为VXLAN报文。UDP源端口号(UDP Source Port)为随机任意值,可以用于VTEP之间多路径负载分担的计算。
• VXLAN HeaderVXLAN协议新定义的VXLAN头,8字节。
• Flags8 bitRRRRIRRR“I”位为1时,表示VXLAN头中的VXLAN ID有效;为0,表示VXLAN ID无效。“R”位保留未用,设置为0
• VXLAN IDVNI):24 bit,用于标识一个单独的VXLAN网络。
• Reserved:分别为24 bit8 bit。保留位。
• Original L2 Frame:原始以太网报文。
从报文的封装可以看出,VXLAN头和原始二层报文是作为UDP报文的载荷存在的。在VTEP之间的网络设备,只需要根据Outer MAC HeaderOuter IP Header进行转发,利用UDP Source Port进行负载分担,这一过程,与转发普通的IP报文完全相同。这样,除了VTEP设备,现网的大量设备无需更换或升级即可支持VXLAN网络。
不过,新增加的VXLAN报文封装也引入了一个问题,即MTU值的设置。
一般来说,虚拟机的默认MTU1500 Bytes,也就是说原始以太网报文最大为1500字节。这个报文在经过VTEP时,会封装上50字节的新报文头(VXLAN8字节+UDP8字节+外部IP20字节+外部MAC14字节),这样一来,整个报文长度达到了1550字节。而现有的VTEP设备,一般在解封装VXLAN报文时,要求VXLAN报文不能被分片,否则无法正确解封装。这就要求VTEP之间的所有网络设备的MTU最小为 1550字节。
如果中间设备的MTU值不方便进行更改,那么设置虚拟机的MTU值为1450,也可以暂时解决这个问题。
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助教:马季
图片来源于网络

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