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VXLAN简介VXLAN虚拟可扩展局域网是为了解决VLAN的可扩展性限制而开发的。它将网络ID的数量从4096扩展到了1600万个并提供了基于MAC-over-IP/UDP的覆盖层扩展了现有的VLAN命名空间从而指数级地增加了广播域的数量。因此VXLAN是一种二层在三层之上的覆盖层。VXLAN的主要特点包括-跨三层连接VXLAN可以在三层网络上连接两个或多个网络同时允许这些不同网络上的工作负载或服务器继续共享相同的二层广播域。而VLAN仅在以太网数据链路层二层运行。-支持ECMP二层以太网网络使用STP来防止环路这会导致VLAN流量只有一条活动路径。而VXLAN通过使用三层网络可以通过ECMP利用VTEP之间的所有可能路径大大提高了网络的利用率。-易于调试和维护VXLAN使用IP核心作为底层网络利用现有的网络专业知识使得数据中心的调试和维护更加容易。VXLAN头包含原始二层以太网帧的信息如内部MAC源地址、内部MAC目标地址、原始以太网有效负载和帧校验序列。原始二层以太网帧的802.1Q头被移除并映射到一个VNI来完成VXLAN头。VXLAN头之前是外部UDP头、外部IP头和外部以太网头外部UDP头的目标端口号设置为4789UDP源端口号根据内部数据包/帧的内容生成。在具有ECMP的三层网络中通常根据源IP地址、目标IP地址、四层协议、源四层端口和目标四层端口这5元组来选择等价路径进行负载均衡。对于VXLAN在同一对源和目标VTEP后面的工作负载之间的所有流量除了UDP源端口外外部头的其他字段都是相同的。由于UDP源端口根据内部数据包/帧的内容而变化它为不同终端主机流在相同源和目标VTEP对之间选择不同路径提供了必要的熵。4. VXLAN的Flood and LearnFL机制下面通过一个示例来说明VXLAN的FL机制。假设有两个主机AIP 192.168.1.101和主机BIP 192.168.1.102分别位于VTEP V110.200.200.1和VTEP V310.200.200.3下面它们属于同一个VXLAN段VNI为30001关联的网络子网为192.168.1.0/24关联的多播组为239.1.1.2。当主机A想要与主机B通信时它会首先使用地址解析协议ARP来解析主机B的IP - MAC绑定。主机A发送一个ARP请求目标MAC地址为FFFF.FFFF.FFFF源MAC地址为00:00:30:00:11:01。VTEP V1接收到这个ARP请求后根据[VNI 30001, DMAC FFFF.FFFF.FFFF]进行二层查找确定这是一个多目的地帧需要发送给VNI 30001的所有成员。因此它将这个数据包封装上VXLAN头VNI为30001源IP为10.200.200.1目标IP为239.1.1.2。封装后的VXLAN数据包被发送到IP核心通过多播树转发到所有感兴趣的接收者包括V3。V3接收到数据包后由于它本地配置了[VNI 30001, Group 239.1.1.2]会对数据包进行解封装。通过二层学习V3学习到[VNI 30001, MAC 00:00:30:00:11:01 - 10.200.200.1]的条目。然后V3根据[VNI 30001, DMAC FFFF.FFFF.FFFF]进行二层查找由于这是一个广播数据包它会将其本地转发给V3下面属于VNI 30001的所有主机包括主机B。主机B接收到ARP请求后发送一个ARP响应目标MAC地址为00:00:30:00:11:01源MAC地址为00:00:30:00:11:02。V3接收到这个数据包后进行本地学习和目标查找结果命中二层表然后将数据包进行VXLAN封装并发送给V1。封装后的数据包通过常规三层路由传递给V1。V1也进行二层学习然后根据[VNI, DMAC]进行目标查找将主机B的ARP响应数据包传递给主机A。通过这种方式两个VTEP上的主机MAC信息得到了正确填充主机A和主机B知道了彼此的MAC - IP绑定。后续主机A和主机B之间的流量将通过VXLAN在V1和V3之间进行单播传输。FL机制通过在VTEP之间泛洪多目的地流量来学习位于VTEP后面的主机MAC地址以便后续流量可以进行单播传输。在VXLAN VNI内的通信遵循常规的二层转发语义与VLAN类似但VXLAN VNI域跨越了基于IP的三层网络。多个VNIs可以共享同一个多播组因为为1600万个潜在的VNI选项提供唯一的1:1映射需要大量的软件和硬件资源在实际部署中不切实际。在大多数实际部署中最多支持512或1024个多播组。这意味着VTEP可能会接收到未在本地配置的VNI的VXLAN封装多目的地流量但由于每个VXLAN网络段都有唯一的VNI并且查找键始终是[VNI, DMAC]因此网络级别的隔离仍然得以维持。处理VXLAN环境中多目的地流量的另一种替代方法是使用入口复制IR或头端复制。在IR模式下每个VTEP必须知道给定VNI中的其他VTEP成员。源VTEP为每个多目的地帧生成n个副本每个副本都发往相应VNI中的其他VTEP。这会给VTEP带来额外的负担但好处是无需在IP底层网络中运行多播。5. VXLAN的应用场景VXLAN既可以作为主机覆盖层也可以作为网络覆盖层使用。随着软件定义网络SDN的兴起VXLAN作为主机覆盖层得到了广泛应用物理服务器托管软件VTEP为虚拟化工作负载之间的流量进行VXLAN封装和解封装。为了在不支持VXLAN的传统工作负载之间建立通信二层VXLAN网关应运而生它可以在传统基于VLAN的域和虚拟化基于VXLAN的域之间进行转换。网络设备供应商也开始在其硬件交换机中支持VXLAN为将VXLAN用作网络覆盖层提供了选择。6. 总结网络虚拟化覆盖层是解决数据中心网络扩展性、灵活性和隔离性问题的有效方案。VXLAN作为一种重要的网络虚拟化覆盖层技术通过扩展网络ID数量、支持跨三层通信、利用ECMP提高网络利用率等特点满足了现代数据中心的需求。FL机制和入口复制等方法为处理多目的地流量提供了不同的解决方案。在实际应用中根据具体的网络环境和需求可以选择将VXLAN作为主机覆盖层、网络覆盖层或混合覆盖层使用。以下是一些关键信息的表格总结| 项目 | 详情 || ---- | ---- || VLAN限制 | 最大数量4096个无法满足多租户云部署需求 || 覆盖层特点 | 位置和身份概念、不同服务类型帧封装和数据包封装 || VXLAN优势 | 扩展网络ID到1600万个、跨三层通信、支持ECMP、易于调试维护 || FL机制 | 通过泛洪多目的地流量学习主机MAC地址后续流量单播传输 || 多目的地流量处理 | IP多播、入口复制IR || VXLAN应用场景 | 主机覆盖层、网络覆盖层、混合覆盖层 |下面是VXLAN FL机制的mermaid流程图graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px; classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px; A([主机A发送ARP请求]):::startend -- B(VTEP V1接收ARP请求):::process B -- C{判断是否为多目的地帧}:::decision C -- 是 -- D(VTEP V1封装VXLAN头并发送):::process D -- E(数据包通过多播树转发):::process E -- F(VTEP V3接收并解封装):::process F -- G(VTEP V3进行二层学习):::process G -- H(VTEP V3转发ARP请求给主机B):::process H -- I([主机B发送ARP响应]):::startend I -- J(VTEP V3接收ARP响应):::process J -- K(VTEP V3进行本地学习和查找):::process K -- L(VTEP V3封装VXLAN头并发送给V1):::process L -- M(VTEP V1接收并解封装):::process M -- N(VTEP V1进行二层学习和查找):::process N -- O([主机A接收ARP响应]):::startend通过以上内容我们对网络虚拟化覆盖层和VXLAN技术有了更深入的了解希望能为您在实际网络部署和优化中提供帮助。VXLAN BGP EVPN基础解析7. 基于BGP EVPN的VXLAN控制平面的演进随着数据中心环境的发展传统的网络技术在应对日益增长的东西向流量、大规模虚拟主机以及多租户需求等方面显得力不从心。VXLAN虽然解决了VLAN数量有限和跨三层通信等问题但在一些方面仍需要进一步优化于是基于BGP EVPNBorder Gateway Protocol - Ethernet Virtual Private Network的VXLAN控制平面应运而生。传统的VXLAN FL机制在处理大规模网络时存在一些弊端。例如在多租户环境中FL机制可能会导致大量的广播流量影响网络性能。而且FL机制依赖于IP多播在某些网络环境中多播的部署和管理较为复杂。BGP EVPN为VXLAN提供了一种更高效的控制平面解决方案。它通过BGP协议在VTEP之间交换EVPN路由信息从而实现了更精细的网络控制和管理。BGP EVPN可以将主机的位置和身份信息准确地传递给各个VTEP避免了不必要的广播流量提高了网络的效率和可扩展性。8. BGP EVPN的基本路由类型消息BGP EVPN使用多种基本路由类型消息来实现网络虚拟化覆盖层的功能以下是一些常见的路由类型消息及其作用| 路由类型 | 作用 || ---- | ---- || Type - 2MAC/IP Advertisement Route | 用于通告主机的MAC和IP地址信息使得VTEP可以建立主机的位置 - 身份映射关系。 || Type - 3Inclusive Multicast Ethernet Tag Route | 用于通告VXLAN多播组信息帮助VTEP加入相应的多播组。 || Type - 4Ethernet Auto - Discovery Route | 用于发现和通告VTEP的存在使得各个VTEP可以互相识别。 |这些路由类型消息的交互过程如下- 当一个新的主机接入网络时其所在的VTEP会生成Type - 2路由消息并通过BGP协议将该消息发送给其他VTEP。其他VTEP接收到该消息后会更新自己的位置 - 身份映射数据库从而知道该主机的位置。- 对于多播流量VTEP会使用Type - 3路由消息来通告VXLAN多播组信息。其他VTEP根据这些信息加入相应的多播组以便接收和转发多播流量。- Type - 4路由消息则用于VTEP之间的自动发现。当一个新的VTEP加入网络时它会发送Type - 4路由消息其他VTEP接收到该消息后会将其加入到自己的VTEP列表中。9. BGP EVPN与FL机制的对比BGP EVPN和FL机制是VXLAN中处理主机信息和流量的两种不同方式它们各有优缺点具体对比如下| 对比项 | BGP EVPN | FL机制 || ---- | ---- | ---- || 流量控制 | 通过路由信息交换精确控制流量减少广播流量 | 依赖广播和学习可能产生大量广播流量 || 扩展性 | 适用于大规模网络可扩展性强 | 大规模网络中性能可能下降 || 管理复杂度 | 需要配置和管理BGP协议管理相对复杂 | 相对简单基于多播实现 || 多租户支持 | 可以实现更精细的多租户隔离和控制 | 多租户环境中隔离效果有限 |在实际应用中需要根据网络的规模、复杂度和具体需求来选择合适的方式。对于大规模、多租户的网络环境BGP EVPN通常是更好的选择而对于小规模、简单的网络FL机制可能更加适用。10. VXLAN BGP EVPN的部署步骤如果要部署VXLAN BGP EVPN网络可以按照以下步骤进行1.网络规划- 确定VXLAN的VNI范围为不同的租户或业务分配不同的VNI。- 规划IP地址包括VTEP的IP地址和主机的IP地址。- 选择合适的BGP AS号用于BGP协议的运行。2.VTEP配置- 在各个VTEP设备上配置基本的网络参数如IP地址、子网掩码等。- 启用VXLAN功能并配置VTEP的相关参数如VNI映射、多播组等。- 配置BGP协议包括BGP邻居关系、路由策略等。3.路由信息交换- 确保各个VTEP之间的BGP邻居关系正常建立。- 验证BGP EVPN路由信息的交换是否正常包括Type - 2、Type - 3和Type - 4路由消息。4.测试和验证- 进行主机之间的连通性测试确保VXLAN网络可以正常通信。- 检查流量的转发情况验证BGP EVPN是否按照预期工作。11. 总结与展望网络虚拟化覆盖层技术在现代数据中心中扮演着至关重要的角色VXLAN和BGP EVPN的结合为数据中心网络带来了更高的扩展性、灵活性和可管理性。通过扩展网络ID数量、支持跨三层通信、利用BGP EVPN进行精细的流量控制等特点满足了多租户、大规模网络的需求。未来随着云计算、物联网等技术的不断发展数据中心网络的规模和复杂度将进一步增加。VXLAN BGP EVPN技术也将不断演进和完善例如可能会支持更高效的路由协议、更精细的多租户隔离机制等。同时与其他网络技术的融合也将成为趋势如软件定义网络SDN、网络功能虚拟化NFV等以提供更智能、更灵活的网络解决方案。以下是VXLAN BGP EVPN部署流程的mermaid流程图graph LR classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px; classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px; A([开始]):::startend -- B(网络规划):::process B -- C(VTEP配置):::process C -- D(路由信息交换):::process D -- E(测试和验证):::process E -- F([结束]):::startend希望通过本文的介绍您对VXLAN BGP EVPN的基础知识有了更深入的理解能够在实际的网络部署和管理中更好地应用这些技术。