VXLAN工作原理及其特点

VXLAN（Virtual Extensible LAN）是一种网络虚拟化技术，旨在解决大型云计算数据中心虚拟网络不足的问题。

它允许网络管理员扩展虚拟局域网（VLAN）的地址空间，以支持更多的虚拟网络，并为每个虚拟网络提供独立的标识符。

VXLAN工作原理

VXLAN工作原理涉及数据包的封装，将虚拟网络标识符（VNI）添加到数据包中，通过现有IP网络传输数据包，然后在目标主机上进行解封装和交付。这使得大规模虚拟网络在物理基础设施上更加灵活和可扩展。

1. VXLAN标识符（VNI）：
   • VXLAN引入了一个24位的虚拟网络标识符（VNI），它用于区分不同的虚拟网络。每个VNI都对应一个独立的虚拟网络，允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上运行，而不会相互干扰。
   • VNI通常由UDP端口上的伪随机算法生成，以确保唯一性。
2. 数据包封装：
   • 源IP地址：表示发送VM的IP地址。
   • 目标IP地址：表示接收VM的IP地址。
   • UDP头部：包含源和目标端口信息，用于标识VXLAN数据包。
   • VNI：24位的虚拟网络标识符。
   • 原始以太网帧：包括源MAC地址、目标MAC地址、以太网协议类型（通常是IPv4或IPv6）等。
   • 当虚拟机（VM）之间进行通信时，其数据包将被封装成VXLAN数据包。
   • VXLAN数据包的格式包括：

3. 传输网络：
   • VXLAN数据包通过现有的IP网络进行传输，包括物理网络或虚拟化网络。
   • 在传输过程中，VXLAN数据包的IP头部信息用于路由和传递，而VNI用于识别目标虚拟网络。
4. 解封装：
   • 当VXLAN数据包到达目标虚拟网络的VM所在的主机时，主机将进行解封装。
   • 它将从VXLAN数据包中提取原始以太网帧，将其交给目标VM进行处理。
5. 学习和维护MAC地址表：
   • VXLAN主机会维护一个MAC地址表，用于将虚拟机的MAC地址映射到VNI。
   • 当主机接收到VXLAN数据包时，它会查找MAC地址表以确定数据包应该传递给哪个VM。
6. 广播和组播支持：
   • VXLAN通常使用组播来模拟广播和组播的行为。这对于支持一些网络协议（如ARP和邻居发现）非常重要，以便虚拟机可以在同一虚拟网络内相互通信。

VXLAN特点

1. 扩展VLAN地址空间：VXLAN的主要目标之一是扩展VLAN的地址空间。传统的VLAN标识符有限，通常只支持4096个VLAN。在大型云计算环境中，这个数量可能迅速不足。VXLAN通过引入24位的段ID来扩展这个地址空间，将可用的标识符数量增加到1600万个。
2. 虚拟网络隔离：VXLAN允许多个虚拟网络在同一物理基础设施上共存，并提供逻辑上的隔离。每个虚拟网络都有一个唯一的VXLAN网段ID，用于区分不同的逻辑网络和租户。这样，不同的虚拟网络可以独立运行，就像它们在不同的物理网络上一样。
3. 支持多租户环境：VXLAN适用于多租户环境，允许不同的租户在同一基础设施上创建独立的虚拟网络，而不会相互干扰。这对于云服务提供商和大型数据中心特别有用。
4. 第2层和第3层扩展：VXLAN不仅可以扩展第2层（数据链路层），还可以与第3层（网络层）扩展结合使用。这意味着它可以支持更复杂的网络拓扑和路由配置。
5. 行业支持：VXLAN得到了广泛的行业支持，包括Cisco、VMware、Arista Networks等公司。这意味着在各种虚拟化平台和网络设备中都可以找到对VXLAN的支持。