VXLAN技術解析

2020-02-15 21:15 作者：艾銻無限 瀏覽量：

 
        這次的肺炎疫情對中國的中小企業將會是沉重的打擊，據釘釘和微信兩個辦公平臺數據統計現有2億左右的人在家遠程辦公，那么對于中小企業的員工來說不懂IT技術將會讓他們面臨的最大挑戰和困難。
 
        電腦不亮了怎么辦？系統藍屏如何處理？辦公室的電腦在家如何連接？網絡應該如何設置？VPN如何搭建？數據如何對接？服務器如何登錄？數據安全如何保證？數據如何存儲？視頻會議如何搭建？業務系統如何開啟等等一系列的問題，都會困擾著并非技術出身的您。
   
        好消息是當您看到這篇文章的時候，就不用再為上述的問題而苦惱，您只需撥打艾銻無限的全國免費熱線電話:400 650 7820，就會有我們的遠程工程師為您解決遇到的問題，他們可以遠程幫您處理遇到的一些IT技術難題。
 
       如遇到免費熱線占線，您還可以撥打我們的24小時值班經理電話:15601064618或技術經理的電話:13041036957，我們會在第一時間接聽您的來電，為您提供適合的解決方案，讓您無論在家還是在企業都能無憂辦公。
 
那艾銻無限具體能為您的企業提供哪些服務呢？        艾銻無限始創于2005年，歷經15年服務了5000多家中小企業并保障了幾十萬臺設備的正常運轉，積累了豐富的企業IT緊急問題和特殊故障的解決經驗，制定了相對應的解決方案。我們為您的企業提供的IT服務分為三大版塊:
 
        第一版塊是保障性IT外包服務:如電腦設備運維，辦公設備運維，網絡設備運維，服務器運維等綜合性企業IT設備運維服務。
 
        第二版塊是功能性互聯網外包服務:如網站開發外包，小程序開發外包，APP開發外包，電商平臺開發外包，業務系統的開發外包和后期的運維外包服務。
 
        第三版塊是增值性云服務外包:如企業郵箱上云，企業網站上云，企業存儲上云，企業APP小程序上云，企業業務系統上云，阿里云產品等后續的云運維外包服務。
 
        您要了解更多服務也可以登錄艾銻無限的官網:www.bjitwx.com查看詳細說明，在疫情期間，您企業遇到的任何困境只要找到艾銻無限，能免費為您提供服務的我們絕不收一分錢，我們全體艾銻人承諾此活動直到中國疫情結束,我們將這次活動稱為——春雷行動。  
       以下還有我們為您提供的一些技術資訊，以便可以幫助您更好的了解相關的IT知識，幫您渡過疫情中辦公遇到的困難和挑戰，艾銻無限愿和中國中小企業一起共進退，因為我們相信萬物同體，能量合一，只要我們一起齊心協力，一定會成功。再一次祝福您和您的企業，戰勝疫情，您和您的企業一定行。
 
一 vxlan 簡介
VXLAN 全稱是 Virtual eXtensible Local Area Network，虛擬可擴展的局域網。它是一種 overlay 技術，通過三層的網絡來搭建虛擬的二層網絡。
每一個技術出來都有它要解決的問題，VXLAN 也不例外，那么我們先看看 VXLAN 到底要解決哪些問題。
1 虛擬化（虛擬機和容器）的興起使得一個數據中心會有成千上萬的機器需要通信，而傳統的 VLAN 技術只能支持 4096 個網絡上限，已經滿足不了不斷擴展的數據中心規模
2 越來越多的數據中心（尤其是公有云服務）需要提供多租戶的功能，不同用戶之間需要獨立地分配 ip 和 MAC 地址，如何保證這個功能的擴展性和正確性也是一個待解決的問題
3 云計算業務對業務靈活性要求很高，虛擬機可能會大規模遷移，并保證網絡一直可用，也就是大二層的概念。解決這個問題同時保證二層的廣播域不會過分擴大，也是云計算網絡的要求

二 VXLAN 模型
vxlan 這類隧道網絡的一個特點是對原有的網絡架構影響小，原來的網絡不需要做任何改動，在原來網絡基礎上架設一層新的網絡。
vxlan 自然會引入一些新的概念，這部分就講講它們。下面這張圖 是 vxlan 的工作模型，它創建在原來的 IP 網絡（三層）上，只要是三層可達（能夠通過 IP 互相通信）的網絡就能部署 vxlan。在每個端點上都有一個 vtep 負責 vxlan 協議報文的封包和解包，也就是在虛擬報文上封裝 vtep 通信的報文頭部。物理網絡上可以創建多個 vxlan 網絡，這些 vxlan 網絡可以認為是一個隧道，不同節點的虛擬機能夠通過隧道直連。每個 vxlan 網絡由唯一的 VNI 標識，不同的 vxlan 可以不相互影響。 1 VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints）：vxlan 網絡的邊緣設備，用來進行 vxlan 報文的處理（封包和解包）。vtep 可以是網絡設備（比如交換機），也可以是一臺機器（比如虛擬化集群中的宿主機）
2 VNI（VXLAN Network Identifier）：VNI 是每個 vxlan 的標識，是個 24 位整數，一共有 2^24 = 16,777,216（一千多萬），一般每個 VNI 對應一個租戶，也就是說使用 vxlan 搭建的公有云可以理論上可以支撐
千萬級別的租戶

3 Tunnel：隧道是一個邏輯上的概念，在 vxlan 模型中并沒有具體的物理實體想對應。隧道可以看做是一種虛擬通道，vxlan 通信雙方（圖中的虛擬機）認為自己是在直接通信，并不知道底層網絡的存在。從整體來說，每個 vxlan 網絡像是為通信的虛擬機搭建了一個單獨的通信通道，也就是隧道
三 VXLAN報文解析
下圖是 vxlan 協議的報文，白色的部分是虛擬機發送報文（二層幀，包含了 MAC 頭部、IP 頭部和傳輸層頭部的報文），前面加了 vxlan 頭部用來專門保存 vxlan 相關的內容，在前面是標準的 UDP 協議頭部（UDP 頭部、IP 頭部和 MAC 頭部）用來在底層網路上傳輸報文。 從這個報文中可以看到三個部分：
1 最外層的 UDP 協議報文用來在底層網絡上傳輸，也就是 vtep 之間互相通信的基礎
2中間是 VXLAN 頭部，vtep 接受到報文之后，去除前面的 UDP 協議部分，根據這部分來處理 vxlan 的邏輯，主要是根據 VNI 發送到最終的虛擬機
3 最里面是原始的報文，也就是虛擬機看到的報文內容
報文各個部分的意義如下：
VXLAN header：vxlan 協議相關的部分，一共8個字節




VXLAN flags：標志位
Reserved：保留位

VNID：24 位的 VNI 字段，這也是 vxlan 能支持千萬租戶的地方
Reserved：保留字段

UDP 頭部，8個字節
UDP 應用通信雙方是 vtep 應用，其中目的端口就是接收方 vtep 使用的端口，IANA 分配的端口是 4789

IP 頭部：20字節
主機之間通信的地址，可能是主機的網卡 IP 地址，也可能是多播 IP 地址

MAC 頭部：14 字節
主機之間通信的 MAC 地址，源 MAC 地址為主機 MAC 地址，目的 MAC 地址為下一跳設備的 MAC 地址
可以看出 vxlan 協議比原始報文多 50 字節的內容，這會降低網絡鏈路傳輸有效數據的比例。vxlan 頭部最重要的是 VNID 字段，其他的保留字段主要是為了未來的擴展，目前留給不同的廠商用這些字段添加自己的功能。
四 VXLAN報文格式 如你所料，VTEP對VM發送的原始以太幀（Original L2 Frame）進行了以下“包裝”：
l VXLAN Header

增加VXLAN頭（8字節），其中包含24比特的VNI字段，用來定義VXLAN網絡中不同的租戶。此外，還包含VXLAN Flags（8比特，取值為00001000）和兩個保留字段（分別為24比特和8比特）。
2 UDP Header

VXLAN頭和原始以太幀一起作為UDP的數據。UDP頭中，目的端口號（VXLAN Port）固定為4789，源端口號（UDP Src. Port）是原始以太幀通過哈希算法計算后的值。
3 Outer IP Header

封裝外層IP頭。其中，源IP地址（Outer Src. IP）為源VM所屬VTEP的IP地址，目的IP地址（Outer Dst. IP）為目的VM所屬VTEP的IP地址。
4 Outer MAC Header

封裝外層以太頭。其中，源MAC地址（Src. MAC Addr.）為源VM所屬VTEP的MAC地址，目的MAC地址（Dst. MAC Addr.）為到達目的VTEP的路徑上下一跳設備的MAC地址。