vxlan gpe nsh报文格式 vxlan报文结构

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mob64ca13ffd0f1 2024-03-15 19:01:15

文章标签 vxlan gpe nsh报文格式 VXLAN VETP VNI 隧道 文章分类 云原生云计算

一、VXLAN的概念

VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虚拟扩展局域网），是由IETF定义的NVO3（Network Virtualization over Layer 3）标准技术之一，采用L2 over L4（MAC-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。

补充： 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NVGRE、STT。

二、VXLAN的网络模型

vxlan gpe nsh报文格式 vxlan报文结构_隧道

VXLAN网络中出现了以下传统数据中心网络中没有的新元素：

VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints，VXLAN隧道端点）

VTEP： VXLAN网络的边缘设备，是VXLAN隧道的起点和终点，VXLAN报文的相关处理均在这上面进行，是VXLAN网络中绝对的主角。VTEP既可以是物理的网络设备（例如物理交换机），也可以是虚拟机所在的服务器。

VNI（VXLAN Network Identifier，VXLAN 网络标识符）

VNI： 由于以太网数据帧中VLAN只占了**12比特（4096）的空间，这使得VLAN的隔离能力在数据中心网络中力不从心。而VNI的出现，就是专门解决这个问题的。VNI是一种类似于VLAN ID的用户标示，但是占据24比特（1677 7216）**的空间。一个VNI代表了一个租户，属于不同VNI的虚拟机之间不能直接进行二层通信。VXLAN报文封装时，给VNI分配了足够的空间使其可以支持海量租户的隔离。

VXLAN隧道

“隧道”是一个逻辑上的概念，并不新鲜，比如大家熟悉的GRE。说白了就是将原始报文“变身”下，加以“包装”，好让它可以在承载网络（比如IP网络）上传输。从主机的角度看，就好像原始报文的起点和终点之间，有一条直通的链路一样。而这个看起来直通的链路，就是“隧道”。顾名思义，“VXLAN隧道”便是用来传输经过VXLAN封装的报文的，它是建立在两个VTEP之间的一条虚拟通道。

通过上述网络模型，VXLAN是如何解决《传统“二层+三层”数据中心网络面临的挑战》的呢？答案如下：

虚拟机规模受网络设备表项规格的限制 —>“隐形”

对于“虚拟机规模受网络设备表项规格的限制”这个问题，可以通过换成规格大一些的接入交换机（比如跟核心或网关同档次的设备）就可以。但是这种方案网络建设成本太大。在不提高网络建设成本的前提下，如何能解决问题呢？

既然无法提升设备表项规格，那就只能限制设备上的MAC表项，将大量VM的MAC地址“隐形”。那么，如何做到隐形呢？VXLAN通过VTEP实现。

VTEP会将VM发出的原始报文封装成一个新的UDP报文，并使用物理网络的IP和MAC地址作为外层头，对网络中的其他设备只表现为封装后的参数。也就是说，网络中的其他设备看不到VM发送的原始报文。

如果服务器作为VTEP，那从服务器发送到接入设备的报文便是经过封装后的报文，这样，接入设备就不需要学习VM的MAC地址了，它只需要根据外层封装的报文头负责基本的三层转发就可以了。因此，虚拟机规模就不会受网络设备表项规格的限制了。

当然，如果网络设备作为VTEP，它还是需要学习VM的MAC地址。但是，从对报文进行封装的角度来说，网络设备的性能还是要比服务器强很多。

传统网络的隔离能力有限 —>“扩容”

对于“传统网络的隔离能力有限”这个问题，VXLAN采用了“扩容”的解决方法，引入了类似VLAN ID的用户标示，也就是VNI。一个VNI代表了一个租户，属于不同VNI的虚拟机之间不能直接进行二层通信。VTEP在对报文进行VXLAN封装时，给VNI分配了24比特的空间，这就意味着VXLAN网络理论上支持多达1677 7216的租户隔离。相比VLAN，VNI的隔离能力得到了巨大的提升，有效得解决了云计算中海量租户隔离的问题。

虚拟机迁移范围受限 —“暗度陈仓”>

传统“二层+三层”数据中心网络中，为了保证业务不中断，VM的迁移就必须发生在同一个二层域内。但是在VXLAN网络模型中，有了VTEP的封装机制和VXLAN隧道后，所谓的 “二层域”就可以轻而易举的突破物理上的界限。也就是说，在IP网络中， “明”里传输的是跨越三层网络的UDP报文，“暗”里却已经悄悄将源VM的原始报文送达目的VM。就好像在三层的网络之上，构建出了一个虚拟的二层网络，而且只要IP网络路由可达，这个虚拟的二层网络想做多大就做多大。所以说VXLAN是一种NVO3技术。