?《重識(shí)云原生系列》專題索引：?

1. 第一章——不謀全局不足以謀一域
2. 第二章計(jì)算第1節(jié)——計(jì)算虛擬化技術(shù)總述
3. 第三章云存儲(chǔ)第1節(jié)——分布式云存儲(chǔ)總述
4. 第四章云網(wǎng)絡(luò)第一節(jié)——云網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)述
5. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.2節(jié)——相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備
6. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3節(jié)——重要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
7. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.1節(jié)——路由技術(shù)簡(jiǎn)述
8. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.2節(jié)——VLAN技術(shù)
9. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.3節(jié)——RIP協(xié)議
10. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.4節(jié)——OSPF協(xié)議
11. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.5節(jié)——EIGRP協(xié)議
12. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.6節(jié)——IS-IS協(xié)議
13. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.7節(jié)——BGP協(xié)議
14. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.7.2節(jié)——BGP協(xié)議概述
15. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.7.3節(jié)——BGP協(xié)議實(shí)現(xiàn)原理
16. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.7.4節(jié)——高級(jí)特性
17. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.7.5節(jié)——實(shí)操
18. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.7.6節(jié)——MP-BGP協(xié)議
19. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.8節(jié)——策略路由
20. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.9節(jié)——Graceful Restart(平滑重啟)技術(shù)
21. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.10節(jié)——VXLAN技術(shù)
22. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.10.2節(jié)——VXLAN Overlay網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計(jì)
23. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.10.3節(jié)——VXLAN隧道機(jī)制
24. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.10.4節(jié)——VXLAN報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程
25. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.10.5節(jié)——VXlan組網(wǎng)架構(gòu)
26. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.3.10.6節(jié)——VXLAN應(yīng)用部署方案
27. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.4節(jié)——Spine-Leaf網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
28. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.5節(jié)——大二層網(wǎng)絡(luò)
29. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.6節(jié)——Underlay 和 Overlay概念
30. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.1節(jié)——網(wǎng)絡(luò)虛擬化與卸載加速技術(shù)的演進(jìn)簡(jiǎn)述
31. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.2節(jié)——virtio網(wǎng)絡(luò)半虛擬化簡(jiǎn)介
32. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.3節(jié)——Vhost-net方案
33. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.4節(jié)vhost-user方案——virtio的DPDK卸載方案
34. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.5節(jié)vDPA方案——virtio的半硬件虛擬化實(shí)現(xiàn)
35. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.6節(jié)——virtio-blk存儲(chǔ)虛擬化方案
36. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.8節(jié)——SR-IOV方案
37. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.7.9節(jié)——NFV
38. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.1節(jié)——SDN總述
39. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.2.1節(jié)——OpenFlow概述
40. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.2.2節(jié)——OpenFlow協(xié)議詳解
41. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.2.3節(jié)——OpenFlow運(yùn)行機(jī)制
42. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.3.1節(jié)——Open vSwitch簡(jiǎn)介
43. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.3.2節(jié)——Open vSwitch工作原理詳解
44. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.4節(jié)——OpenStack與SDN的集成
45. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.5節(jié)——OpenDayLight
46. 第四章云網(wǎng)絡(luò)4.8.6節(jié)——Dragonflow

2 VXLAN Overlay網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

2.1 Overlay網(wǎng)絡(luò)方案

????????VXLAN 本質(zhì)上是一種重疊封裝技術(shù)遇西，它創(chuàng)建了一個(gè)覆蓋在現(xiàn)有物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)之上的虛擬網(wǎng)絡(luò)顾孽。使用underlay IP網(wǎng)絡(luò)挚币，并在其上構(gòu)建靈活的二層overlay邏輯網(wǎng)絡(luò)料睛。通過(guò)覆蓋，任何第 2 層連接都可以跨越第 3 層網(wǎng)絡(luò)揩抡。

使用覆蓋網(wǎng)絡(luò)有很多優(yōu)點(diǎn)态鳖。

• 最明顯的是它的分割在孝。
• 覆蓋和底層網(wǎng)絡(luò)是完全獨(dú)立的，因此如果底層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化怠硼，覆蓋網(wǎng)絡(luò)不會(huì)受到影響（設(shè)計(jì)方面）鬼贱。
• 無(wú)需添加、移除或更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備香璃，即可重新設(shè)計(jì)覆蓋網(wǎng)絡(luò)这难。

????????當(dāng)然，影響底層性能或正常運(yùn)行時(shí)間的物理問(wèn)題將反映在覆蓋層上增显。例如雁佳，如果沒(méi)有足夠的設(shè)備來(lái)提供足夠的帶寬，覆蓋也會(huì)受到影響同云。

2.2 葉脊（Underlay）+ VxLAN（Overlay）

????????Overlay VxLAN如何避免受到underlay變化的影響糖权？答案是：使用交換結(jié)構(gòu)，稱為 Spine-and-Leaf炸站。

????????在允許底層更改的同時(shí)保證 VxLAN 覆蓋的性能星澳、可擴(kuò)展性、可靠性和靈活性的最佳方法是充分利用交換結(jié)構(gòu)拓?fù)浜狄住＝粨Q結(jié)構(gòu)拓?fù)涞淖罴咽纠?Spine-and-Leaf禁偎，它通常用作底層網(wǎng)絡(luò)腿堤。Spine-and-Leaf 是一個(gè)獨(dú)立的架構(gòu)，它不是 VxLAN 獨(dú)有的如暖，但通常與 VxLAN 相關(guān)聯(lián)笆檀。通常葉脊是 VxLAN 的底層，VxLAN 是覆蓋盒至。

Spine-and-Leaf 兩層：

• Spine：Spine層交換機(jī)僅用于通過(guò) Leaf 交換機(jī)傳遞流量酗洒，他們不知道 VxLAN。
• Leaf：交換機(jī)的葉層互連主干和端點(diǎn)枷遂，葉層交換機(jī)創(chuàng)建 VxLAN 隧道樱衷、封裝并將 VLAN 映射到 VNI，執(zhí)行 VxLAN 功能的葉子交換機(jī)稱為 VTPE（VxLAN 隧道端點(diǎn)）酒唉；

????????所有的葉子交換機(jī)都有一個(gè)鏈接到每個(gè)骨干交換機(jī)矩桂，枝葉和交換機(jī)之間的每條鏈路都通過(guò) IGP 路由協(xié)議（例如 BGP 或 OSPF）通過(guò) IP 地址進(jìn)行路由。這種拓?fù)涫姑總€(gè)目的地只有兩跳的距離痪伦。Leaf-and-switch 也可以使用 ECMP（等價(jià)多路徑）在主干交換機(jī)或鏈路發(fā)生故障時(shí)恢復(fù)或平衡流量負(fù)載侄榴。葉脊結(jié)構(gòu)拓?fù)渑c VxLAN 高度相關(guān)，因?yàn)殡S著覆蓋網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展流妻，支持底層可以物理增長(zhǎng)或減小大小牲蜀，而不會(huì)影響覆蓋的設(shè)計(jì)。在葉脊底層之上添加 VxLAN 可實(shí)現(xiàn)東西向流量模式的 IP 移動(dòng)性绅这、完全可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性涣达。

????????隨著您的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展，您的設(shè)計(jì)不需要改變证薇。您只需要向底層添加更多交換機(jī)度苔、IP 地址和鏈接即可。

2.3 VXLAN協(xié)議封裝

2.3.1 VXLAN協(xié)議格式簡(jiǎn)述

????????到目前為止浑度，我們知道 VxLAN 將第 2 層子網(wǎng)延伸到第 3 層網(wǎng)絡(luò)限制寇窑，它在像 Spine-and-Leaf 這樣的交換結(jié)構(gòu)之上構(gòu)建了一個(gè)邏輯覆蓋網(wǎng)絡(luò)。

????????為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)箩张，VxLAN 將第 2 層以太網(wǎng)幀封裝在 VxLAN 數(shù)據(jù)包中甩骏，該數(shù)據(jù)包也封裝在 IP UDP 標(biāo)頭中。下圖顯示了 VxLAN 數(shù)據(jù)包格式先慷。

VXLAN 將以下字段添加到原始第 2 層幀：

• 部 MAC 報(bào)頭：這是包含下一跳傳輸信息的報(bào)頭饮笛，它包括 VxLAN 端點(diǎn)的目標(biāo)和源 MAC 地址、VLAN ID（16 位）和類型论熙，外層 MAC 頭的大小為 14 字節(jié)福青。
• P 標(biāo)頭：此標(biāo)頭允許跨 IP 網(wǎng)絡(luò)傳輸，它包括 VxLAN 端點(diǎn)的目標(biāo)和源 IP 地址，外層 IP 報(bào)頭的大小為 20 字節(jié)无午。
• UDP 標(biāo)頭：此標(biāo)頭將數(shù)據(jù)包標(biāo)識(shí)為 VxLAN媒役，它包含 UDP 源端口、VxLAN 端口和 UDP 長(zhǎng)度宪迟，UDP 報(bào)頭的大小為 8 個(gè)字節(jié)酣衷。
• LAN 標(biāo)頭，此標(biāo)頭也稱為 VxLAN 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符 (VNI)踩验。VNID 用于標(biāo)識(shí) VxLAN 網(wǎng)段鸥诽，它類似于 MAC 報(bào)頭上的 VLAN ID 標(biāo)記（16 位）商玫，但大小為 24 位箕憾，最多允許 1600 萬(wàn)個(gè)不同的段。

2.3.2 VXLAN報(bào)文格式詳述

1. VXLAN是IETF定義的NVO3（Network Virtualization over Layer3）標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)之一拳昌。
2. 采用Mac in UDP封裝方式將二層報(bào)文用三層協(xié)議進(jìn)行封裝袭异。
3. 支持24bits的VNI ID，滿足數(shù)據(jù)中心大二層VM遷移和多租戶需求炬藤。

VXLAN header（VXLAN頭封裝）：

• VXLAN Flags：標(biāo)記位御铃，8比特，取值為00001000沈矿。
• VNI：VXLAN網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)上真，用于區(qū)分VXLAN段，由24比特組成羹膳，支持多達(dá)16M的租戶睡互。一個(gè)租戶可以有一個(gè)或多個(gè)VNI，不同VNI的租戶之間不能直接進(jìn)行二層相互通信陵像。
• Reserved：保留未用就珠，分別由24比特和8比特組成，設(shè)置為0醒颖。

Outer UDP header（外層UDP頭封裝）：

• DestPort：目的UDP端口號(hào)妻怎，設(shè)置為4789。
• Source Port：源UDP端口號(hào)泞歉，根據(jù)內(nèi)層以太報(bào)文頭通過(guò)哈希算法計(jì)算后的值逼侦。

Outer IP header（外層IP頭封裝）：

• IP SA：源IP地址，VXLAN隧道源端VTEP的IP地址腰耙。
• IP DA：目的IP地址榛丢，VXLAN隧道目的端VTEP的IP地址。

Outer Ethernet header（外層Ethernet頭封裝沟优，Outer MAC Header）：

• MAC DA：目的MAC地址涕滋，為到達(dá)目的VTEP的路徑上，下一跳設(shè)備的MAC地址挠阁。
• MAC SA：源MAC地址宾肺，發(fā)送報(bào)文的源端VTEP的MAC地址溯饵。
• 802.1Q Tag：可選字段，該字段為報(bào)文中攜帶的VLAN Tag锨用。
• Ethernet Type：以太報(bào)文類型丰刊，IP協(xié)議報(bào)文中該字段取值為0x0800。

2.3.3 VXLAN報(bào)文封裝過(guò)程????????

????????VXLAN首部由8個(gè)字節(jié)組成增拥，第1個(gè)字節(jié)為標(biāo)志位啄巧，其中標(biāo)志位I設(shè)為1表示是一個(gè)合法的VXLAN首部，其余標(biāo)志則保留掌栅，在傳輸過(guò)程中必須置為0秩仆；第2-4字節(jié)為保留部分，第5-7字節(jié)為VXLAN標(biāo)識(shí)符猾封，用來(lái)表示唯一的一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)澄耍；第8個(gè)字節(jié)同樣為保留字段，暫未使用晌缘。

????????VXLAN傳輸過(guò)程中齐莲，將邏輯鏈路網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)幀添加VXLAN首部后，依次添加UDP首部磷箕，IP首部选酗，以太網(wǎng)幀首部后，在物理網(wǎng)絡(luò)中傳輸岳枷，數(shù)據(jù)幀的封裝格式可以用下圖來(lái)描述：

圖：VXLAN數(shù)據(jù)封裝過(guò)程

參考鏈接

解讀VXLAN_佳的技術(shù)博客_51CTO博客

什么是 VxLAN 芒填？它的優(yōu)點(diǎn)有哪些？ - 知乎

深度：什么是VxLAN嫩舟？

關(guān)于VLAN和VXLAN的理解_octopusflying的博客-CSDN博客_vlan vxlan

VXlan 技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理_輕飄風(fēng)揚(yáng)的博客-CSDN博客_vxlan原理

最好的vxlan介紹

VXLAN：云時(shí)代的虛擬化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)