2023年4月18日发(作者：大华安防)（完整）VXLAN技术介绍v1.1
（完整）VXLAN技术介绍v1.1
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（完整）VXLAN技术介绍v1.1
VXLAN技术介绍
1
VXLAN概述
1.1
什么是VXLAN
VXLAN（Virtual Extensible LAN)虚拟可扩展局域网， 是一种overlay网络技术，
将原始2层以太网帧进行UDP封装(MAC—in-UDP），增加8字节VXLAN头部，8字节UDP
头部，20字节IP头部和14字节以太网头部，共50字节。
1.2
VXLAN优点
VXLAN与VLAN相比能够提供更好的扩展性和灵活性，主要有以下特点：
➢
应用灵活部署:通过VXLAN封装后的2层以太网帧可以跨3层网络边界，让组网
以及应用部署变得更加灵活，同时解决多租户网络环境中IP地址冲突问题。
➢
更好的扩展性：传统VLAN ID字段为12—bit,VLAN数量最大为4096；VXLAN使用
24-bit VNID（VXLAN network identifier），最大支持16,000,000逻辑网络.
➢
提高网络利用率：传统以太网使用STP预防环路，STP导致网络冗余路径处于阻塞
状态,VXLAN报文基于3层IP报头传输，能有效利用网络路径，支持ECMP
（equal—cost multipath ）和链路聚合协议.
（完整桂林阳朔西街
）VXLAN技术介绍v1.1
1.2.1
应用灵活部署
生产
RTRT
灾备
RTRT
复制网
OSPF Area 0
SW
VTEP
VLAN 10:192.168.1.1
VLAN 20:172.16.1.1
SW
VTEP
L0:1.1.1.1L0:2.2.2.2
Vswitch
Vswitch
VM1VM2
VM3
VM3 VLAN10VM4 VLAN20
192.168.1.200172.168.1.200
VM4
VM1 VLAN10VM2 VLAN20
192.168.1.100172.168.1.100
图1-1 使用VXLAN后可灵活部署应用，不受物理位置和3层网络边界限制
如图1—1所示，在VXLAN环境中应用部署不受物理位置和3层网络边界限制，例如
某应用的地址段为192。168。1.0/24，在传统网络中所有该应用服务器或者虚拟机
必须在同一3层网络内部署，否则会产生路由或者地址冲突问题.
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1.2.2
更好的扩展性
CORE-0A
VRRP
CORE-0B
SW-01
SW-01
1.1.1.1
2.2.2.2
VTEP-2VTEP-1
客户A：VM 1、3
客户B：VM 2、4
客户……………
VM 1
VNI 1
VM 2VM 3VM 4
VNI 2VNI 1VNI 2
图1—2 使用VXLAN后突破传统VLAN数量限制
传统网络通过VLAN将客户网络逻辑隔离,VLAN ID字段为12-bit，VLAN数量最大为
4096；VXLAN使用24-bit VNID(VXLAN network identifier)，最大支持16,000，000
逻辑网络，扩展性得到极大增强。
1.2.3
提高网络利用率
CORE-0A
forwarding
forwarding
forwarding
CORE-0B
forwarding
forwardingforwarding
forwardingforwarding
OSPF
SW-01
SW-01
1.1.1.1
2.2.2.2
VTEP-2VTEP-1
VM 1
VNI 1
VM 2VM 3VM 4
VNI 2VNI 1VNI 2
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图1—3 使用VXLAN后使用三层接口互联消除生成树阻塞端口
传统以太网帧无法穿越三层网络,部署VXLAN后,VTEP之间数据基于三层寻址，网
络互联接口不再是二层接口，可以将交换机之间互联接口部署为三层模式,消除生成
树阻塞端口，提高网络利用率，支持ECMP（equal—cost multipath )和链路聚合协
议。
2
VXLAN术语
2.1
VTEP
VXLAN Tunnel Endpoint(VTEP).VXLAN使用VTEP设备对VXLAN报文进行封装与解
封装，包括ARP请求报文和正常的VXLAN数据报文，VTEP将原始以太网帧通过VXLAN
封装后发送至对端VTEP设备，对端VTEP接收到VXLAN报文后解封装然后根据原始
MAC进行转发，VTEP可以是物理交换机、物理服务器或者其他支持VXLAN的硬件设
备或软件来实现。
2.2
VNI
Virtual Network ID（VNI）,VNI封装在VXLAN头部，共24—bit，最大支持
16,000,000逻辑网络。
2.3
VXLAN 网关
VXLAN网关用于连接VXLAN网络和传统VLAN网络，VXLAN网关实现VNI和VLAN ID
之间的映射,VXLAN 网关实际上也是一台VTEP设备。
2.4
组播组
VTEP设备要加入相同的组播组，主要用于控制平面地址学习。
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3
VXLAN封装
VXLAN使用UDP封装完整的以太网帧(MAC—in-UDP）,共50字节的封装报文头。
具体的报文格式如下：
图1—4 VXLAN封装格式
1、
Inner MAC
Inner MAC，内层MAC是原始以太网帧的MAC地址。
2、
VXLAN Header
共8个字节,目前使用的是Flags中的一个8bit的标识位和24bit的VNI（Vxlan
Network identifier），其余部分没有定义，但是在使用的时候必须设置为0x0000.
3、
Outer UDP Header
共8个字节，IANA分配的标准目的端口使用4798，但是各厂商可以根据需要进
行修改，同时UDP的校验和必须设置成全0。
4、
Outer IP Header
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共20个字节，目的IP地址可以是单播地址，也可以是多播地址.单播情况下，目
的IP地址是目的VTEP的IP地址;当用于VXLAN控制平面时会使用多播地址。
Outer IP:外层IP地址是经过VTEP封装后的3层IP地址，源IP是本端VTEP设备IP，
用于控制平面时目的IP可以是多播地址，用于转发平面时目的IP是远端VTEP设备IP。
5、
Outer Ethernet Header
共计14个字节,外层以太网帧头部.Outer MAC，外层MAC是经过VTEP封装后的
二层MAC，源MAC是本端VTEP设备MAC，目的MAC可以是远端VTEP设备MAC或者传
输路径中间3层网络设备MAC。
4
VXLAN数据转发
4.1
控制平面
在VXLAN的实现中,当通过组播实现控制平面路径发现时,VTEP设备之间使用无状
态tunnel,VTEP设备之间不会维持状态化的长连接.VXLAN需要通过控制平面学习远
端设备地址信息,在本地构建控制平面表项.控制平面表项由VNI、Inner Source MAC、
Outer Source IP三元组组成。
4.2
转发平面
控制平面学习地址映射信息后,转发平面负责实际数据的转发。VTEP为原始数据
帧增加UDP报头,新的报头到达目的VTEP后才会被去掉，中间路径的网络设备只会
根据外层包头内的目的地址进行数据转发.
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4.3
VXLAN ARP请求
图1—4 VXLAN网络MAC地址学习
如上图所示，终端设备A需要和终端设备B通信，ARP请求过程如下:
1、
终端设备A发送ARP请求，一人牵来一匹马打一字
请求终端设备B的MAC地址；
2、
VTEP-1收到终端设备A发送的ARP请求，此时VTEP-1还没有终端设备B对应
的地址映射表项，VTEP-1将ARP请求进行VXLAN封装，VNI设置为
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uter-src—ip是VTEP—1的IP，outer-dst—ip是加入的组播组地址，
封装完成后转发至VXLAN组播组；
3、
VTEP—2、VTEP3加入相同的组播组，所有组成员都会收到VTEP-1发送的组播
报文，解封装后检查VNI与本地VNI是否匹配,如匹配将ARP请求发送至本地
网络，同时记录VNI、inner MAC、outer IP的对应关系，构建控制平面语文造句
地址
映射表项。如VNI不匹配则丢弃数据包。
4、
终端设备B收到ARP请求后以单播方式发送ARP响应;
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5、
VTEP—2收到终端设备B的ARP响应后进行VXLAN封装，此时VTEP—2已经构
建控制平面地址映射表项，通过VXLAN封装后以单播方式发送。Outer-src—ip
是VTEP-2的IP地址，outer-dst-ip是VTEP—1的IP地址；
6、
VTEP—1收到封装后的ARP响应后，解封装比对VNI，如匹配将ARP响应发购买英语
送
至终端设备A,同时记录VNI、inner MAC、outer IP的对应关系，构建控制平
面表项；
7、
此时VTEP—1、VTEP-2均已成功构建控制平面地址映射信息，后续VXLAN数
据使用单播在VTEP-1和VTEP—2之间传输。
4.4
VXLAN 数据传输
1、
ARP请求完成后,终端设备A向终端设备B发送数据，VTEP—1收到数据中查
找地址映射表项，将原始数据进行VXLAN封装后转发至VTEP—2;
2、
VTEP—2收到VXLAN数据傅雷家书笔记摘抄
包后检查VNI是否与本地VNI匹配，如匹配则解封装
后将原始以太网帧转发至终端设备B。
5
VXLAN部署
6
补充：
1、
在进行ARP处理时，为了将广播通过多播进行传输，必须要设置VNI到多播组的
映射,这种映射属于管理层，用于建立VTEP之间的管理通道.未知的目的MAC
（unknown MAC destination）同样会进行组播封装，处理方式和广播相同。
2、
VXLAN报文不能进行分片处理，中间的设备可能会将VXLAN报文分片,但是VTEP
会将分片后的报文丢弃，为了确保VXLAN报文不被分片处理，需要修改沿途所以
设备的MTU。RFC文档没有阐述为什么VTEP必须丢弃分片后的报文。
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3、
在封装和解封装时VLAN TAG信息都会被剥离，除非另有特殊配置。
4、
学习资料出处：。org/html/rfc7348、。
com/c/en/us/products/collateral/switches/nexus—9000-ries-switches/w
hite-paper—c11—729383。html 。
