VXLAN：云推算时期的隧路技术（一）
【VXLAN隧路技术】本文重要是介绍了什么VXLAN ，VXLAN二层隧路技术以及为什么必要VXLAN ， VXLAN的优势和价值 。
1 VXLAN：云推算时期的隧路技术
1.1 什么是VXLAN
VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network ，虚构可扩大局域网）是成立在物理IP网络之上的二层隧路技术 。在云推算急剧发展的时期 ，传统网络无法满足云推算对扩大性的要求 ，VXLAN可能为跨地域的无数据中心间提供二层互联 ，并且可能对海量用户分歧业务进行隔离 。VXLAN使用UDP报文对原始二层以太网数据帧进行封装 ，因而可能跨三层网络传输二层业务流量 。
图1-1 VXLAN二层隧路技术
1.2 为什么必要VXLAN
1.2.1 传统技术在数据中心场景下的困境
随着网络和虚构化技术的发展 ，服务器虚构化在数据中心中的利用越发宽泛 。在数据中心的服务器设备上部署虚构机提高了服务器的设备利用率 ，有效降低了数据中心的硬件成本和运营成本 。
虚构化技术的引入为传统数据中心网络带来了新的挑战 。
虚构化技术的引入为传统数据中心网络带来了新的挑战 。
●二层网络天堑限度
随着虚构化技术的利用 ，每个实体服务器上可能会运行大量虚构机 ，因而二层网络中虚构机MAC地址数量面对数量级的增长 。为了分歧二层网络间可能正常转发数据报文 ，接入互换机必要进建每一个二层网络中虚构机的MAC地址 。受限于硬件水平 ，接入互换机的MAC地址表容量通常较幼 ，难以满足需要 。
图1-2 MAC地址表限度
●网络隔离能力有限
在传统数据中心网络中 ，虚构机通过VLAN进行流量隔离 ，分歧租户虚构机被划分到分歧的VLAN中 。VLAN技术通过VLAN ID对分歧的VLAN进行分辨 ，用于进行VLAN识此外VID字段长度为12bit ，即现实可分配的VLAN ID数量为2^12-2 = 4094（首尾两个VLAN ID保留） ，这个数量在某些大规模数据中心内是不及的 。另表传统的VLAN无法满足网络动态调整的需要 ，网络的扩容和调整都极度难题 。
●虚构机迁徙限度
由于服务器硬件资源问题（如CPU过高、磁盘不够和内存不及等）或机房的搬迁转移 ，虚构机需迁徙到其他服务器上 。为了保障虚构机迁徙过程中业务不被中断 ，要求虚构机的MAC地址和IP地址在迁徙前后不产生扭转 ，因而虚构机只能在当前地点二层网络中进行迁徙 。
图1-3 虚构机迁徙限度
1.2.2 VXLAN的优势和价值
1）VXLAN报文体式
为了便于理解VXLAN是若何解决数据中心网络发展遇到的各种难题 ，我们先对VXLAN的报文体式进行介绍 。
VXLAN设备在收到虚构机发送的数据帧时会封装四个部门以形成新的帧头（内层的数据帧携带的原始主张/源MAC、内层VLAN Tag和以太网类型维持不变） 。这四个部门由内而表别离是“VXLAN头部”、“表层UDP头”、“表层IP头”和“表层以太帧头” 。VXLAN头和原始以太网数据帧作为UDP报文的数据段 。
VXLAN设备在收到虚构机发送的数据帧时会封装四个部门以形成新的帧头（内层的数据帧携带的原始主张/源MAC、内层VLAN Tag和以太网类型维持不变） 。这四个部门由内而表别离是“VXLAN头部”、“表层UDP头”、“表层IP头”和“表层以太帧头” 。VXLAN头和原始以太网数据帧作为UDP报文的数据段 。
图1-4 VXLAN报文体式
●VXLAN头部
长度为64位 ，目前和谈版本设计中 ，其唯一的作用就是携带中央24位的VNI标识 ，这个VNI标识是由VTEP（VXLAN Tunnel End Point ，虚构扩大本地网络隧路终结结点）分配的 。
○Flag（8位）：其中I位必须设置成1以暗示有效的VNI ，R位设置成0 。
○VXLAN Segment ID/VXLAN Network Identifier (VNI)：占24位 ，暗示VXLAN网络标识符 。与VLAN的情况类似 ，虚构机属于一样的VXLAN能力进行二层通讯 。
○Reserved：有两处 ，别离占24位和8位 ，填充0 。
●表层UDP头部
图1-5 表层UDP头部
UDP头部各字段寓意如下：
○Source Port：UDP源端标语 。由VTEP分配 ，源端标语是数据帧自身的二层帧头哈希运算的了局 。
○Destination Port：主张端标语 ，IANA分配端标语为4789 。
○UDP Length：UDP头部的长度 。
○UDP Checksum：UDP校验和 ，发送时填充0 。
●表层IP头部
○Source Port：UDP源端标语 。由VTEP分配 ，源端标语是数据帧自身的二层帧头哈希运算的了局 。
○Destination Port：主张端标语 ，IANA分配端标语为4789 。
○UDP Length：UDP头部的长度 。
○UDP Checksum：UDP校验和 ，发送时填充0 。
●表层IP头部
图1-6 表层IP头部
表层IP头部重要字段寓意如下：
○Outer Source IPv4 Address：VXLAN隧路本端VTEP的IP地址 。VTEP为VXLAN隧路两端的设备 。
○Outer Destination IPv4 Address：可所以单播IP地址 ，也可所以多播地址 。若是是单播地址 ，暗示必要通讯的虚构机对应的VTEP的IP地址 。
表层IP头部的IP地址不再是通讯双方虚构机的地址 ，而是隧路两端的VTEP设备地址 。若是虚构机地点服务器的虚构机监督器直接承担VTEP的工作 ，那么此处IP地址就是运行虚构机软件的服务器网卡的IP地址 。若VTEP是互换或路由设备 ，则IP地址是出端口上的IP地址或三层SVI接口的IP地址 。
●表层以太网头部
图1-7 表层以太网头部
表层以太网头部重要字段寓意如下：
○ Outer destination MAC address：指向主张VTEP IP的下一跳MAC地址 。
○ Outer source MAC address：本端VTEP的MAC地址 。
○ Outer VLAN tag information：可选携带 。
○ Outer destination MAC address：指向主张VTEP IP的下一跳MAC地址 。
○ Outer source MAC address：本端VTEP的MAC地址 。
○ Outer VLAN tag information：可选携带 。
2）为什么VXLAN是数据中心的最优解
从上文的VXLAN报文体式能够看出VXLAN是若何解决传统技术在数据中心场景下的困境 。
●突破二层网络天堑限度 ，解决MAC容量问题
VXLAN利用UDP封装虚构机发出的数据包 ，UDP数据包的表层IP/MAC头部均使用物理网络的IP/MAC地址 。因而 ，除了VXLAN网络边缘设备 ，网络中的其他设备不必要鉴别虚构机的MAC地址 ，减轻了设备的MAC地址进建压力 。
VXLAN利用UDP封装虚构机发出的数据包 ，UDP数据包的表层IP/MAC头部均使用物理网络的IP/MAC地址 。因而 ，除了VXLAN网络边缘设备 ，网络中的其他设备不必要鉴别虚构机的MAC地址 ，减轻了设备的MAC地址进建压力 。
●解决VLAN数量不及问题
VXLAN能够支持多达16M的VXLAN网段的网络隔离 ，对用户进行隔离和标识不再受到限度 ，可满足海量租户 。
VXLAN能够支持多达16M的VXLAN网段的网络隔离 ，对用户进行隔离和标识不再受到限度 ，可满足海量租户 。
●虚构机迁徙限度
VXLAN通过选取MAC in UDP封装来延长二层网络 ，实现了物理网络和虚构网络解耦 ，租户规划虚构网络时不必要思考物理网络IP地址和广播域的限度 ，降低了网络治理的难度 。通过VXLAN构建大二层网络 ，保障了在虚构迁徙时虚构机的IP地址、MAC地址等参数维持不变 。
VXLAN通过选取MAC in UDP封装来延长二层网络 ，实现了物理网络和虚构网络解耦 ，租户规划虚构网络时不必要思考物理网络IP地址和广播域的限度 ，降低了网络治理的难度 。通过VXLAN构建大二层网络 ，保障了在虚构迁徙时虚构机的IP地址、MAC地址等参数维持不变 。
1.3 VXLAN根基概想
1.3.1 什么是Underlay网络和Overlay网络
1.3.1 什么是Underlay网络和Overlay网络
Underlay网络是一个已有的物理承载网络 。Overlay网络是一个成立在已有网络上的虚构网络 ，由逻辑节点和逻辑链路组成 。VXLAN就是在物理网络基础上（好比IP网络）构建了一个叠加的虚构网络 。
图1-8 Overlay和Underlay示意图
这里我们以班车为例做一个类比 ，便于各人理解Underlay网络和Overlay网络和其中的概想 。公共交通路路好比上文中提到的承载网络 。若员工选择自驾上班 ，那么员工必要在每个路口规划下一段路必要怎么走 ，这种情况属于工作在Underlay网络 。若员工选择坐班车上班 ，员工不必要知路中央每个路段必要若何通畅 ，只需相识班车功夫表和站点信息（上车地址和主张地） ，并通过工牌等方式搭乘班车即可 ，员工只必要关切起点和终点即可 ，这种情况属于工作在Overlay网络 。员工选择Overlay方式上班的案例中 ，班车排班、站点规划、行政分发班车信息等均属节造面板行为 ，通过工牌搭乘班车和放工车属于数据面行为 。
Underlay网络和Overlay网络存在如下特点：
Underlay网络和Overlay网络存在如下特点：
●承载网络（Underlay）和虚构网络（Overlay）齐全分离 ，互不感知 。
●Underlay网络要求单一、易治理 ，同时可能为Overlay网络提供不变、靠得住的转发能力 。
●Overlay网络必要提供矫捷性和可扩大性 。
●Underlay网络要求单一、易治理 ，同时可能为Overlay网络提供不变、靠得住的转发能力 。
●Overlay网络必要提供矫捷性和可扩大性 。
1.3.2 什么是VTEP
以VLAN使用场景为类比 ，VTEP相当于互换机设备 。局域网中互换机掌管批改和还原VLAN数据帧 ，而VTEP用于封装和解封装VXLAN报文 。VTEP是VXLAN隧路的起点和终点 ，在VXLAN隧路的起点 ，VTEP将虚构机产生的数据封装到UDP包头内再发送出去 ，虚构机自身的MAC地址和VLAN信息在经过封装后不再作为数据转发的凭据；在隧路终点将收到的VXLAN报文解封装 。
1.3.3 什么是VNI
VNI（VXLAN Network Identifier ，VXLAN 网络标识符）是一种类似于VLAN ID的用户标识 ，用来暗示分歧的租户和分歧的VXLAN网段（VXLAN Segment） 。只有拥有一样VNI ，处于统一VXLAN网段的虚构机能力通过VXLAN二层转发相互通讯 ，不然必要通过VXLAN三层转发通讯 。VNI用一个24位二进造数暗示 ，能够支持2^24个租户 。
1.3.4 什么是VXLAN隧路
VXLAN隧路是在两个VTEP之间实现VXLAN封装报文传输的逻辑隧路 ，是Overlay层面的传输链路 。业务报文在进入隧路时进行VXLAN头、UDP头和IP头封装后 ，通过Underlay网络的三层转发通明地将封装后的报文传输给远端VTEP ，再由远端VTEP对其进行出隧路解封装处置 。VXLAN隧路使得分歧VTEP上的一样VNI的主机互通 ，VLAN中的Trunk则是使分歧互换机上的一样VLAN中的主机互通 。固然二者作用有些类似 ，但是性质却有很大分歧 。VXLAN隧路是虚构链路 ，传输的是封装后的UDP报文 ，而Trunk链路是物理链路 ，传输的是帧头刷新后的数据帧 。
1.3.5 什么是VXLAN网关
VXLAN网关的职能是凭据VXLAN报文内层的IP进行三层转发 ，充任VXLAN网络内虚构机的网关 ，类似于局域网中的网关设备 ，实现跨网段通讯职能 。配置VXLAN网关之后 ，便能够构建Overlay层面的三层网络 ，实现VXLAN子网之间的跨网段通讯和Internet接见 。
VXLAN网关的职能是凭据VXLAN报文内层的IP进行三层转发 ，充任VXLAN网络内虚构机的网关 ，类似于局域网中的网关设备 ，实现跨网段通讯职能 。配置VXLAN网关之后 ，便能够构建Overlay层面的三层网络 ，实现VXLAN子网之间的跨网段通讯和Internet接见 。
VXLAN网关上必须占有VXLAN路由接口 ，类似于VLAN网络中的SVI（Switch Virtual Interface ，互换机虚构接口） 。VXLAN路由接口和VXLAN事俘逐一对应 ，VXLAN路由接口掌管VXLAN事俘内所有三层业务数据的转发工作 。
1.3.6 什么是VXLAN事俘
VXLAN事俘是基于VXLAN的Overlay网络上的一个节点 ，类似于VLAN事俘 ，处置一个VNI内的报文转发 。该节点能够在Overlay网络实现MAC地址进建和泛洪等传统的二层互换职能 ，在被指定为VXLAN网关（配置VXLAN路由接口）后也能够进行三层转发 。在统一台设备上 ，VXLAN事俘和VNI为逐一对应关系 。
1.3.7 VXLAN网络概想图示
上文中我们介绍了大量VXLAN有关的概想 ，此刻我们以架构图的方式出现 ，便于各人可能理解VXLAN内各个元素之间的关系 。
图1-9 VXLAN概想图示
如图1-9所示 ，图中是一个集中式网关的拓扑图 ，其中一共有三台物理设备 ，两台互换设备和一台网关设备 。我们从左侧起头逐一介绍每个元素 。
(1)虚构机通过OVS接入互换设备 。
(2)互换设备通过子接口或者是VLAN ID方式鉴别分歧网段虚构机流量 ，并与对应的VXLAN事俘进行绑定 。
(3)VXLAN事俘与VNI逐一对应 ，掌管处置对应VNI的数据转发 。
(4)VTEP与VTEP之间成立了VXLAN隧路 。VXLAN隧路通过与VXLAN事俘绑定 ，从而可能传输该VXLAN事俘的VXLAN报文 。接管端通过VXLAN报文的VNI将数据移交给对应的VXLAN事俘 。
(5)VXLAN网关的VXLAN事俘绑定了VXLAN路由接口 ，掌管该VNI的三层转发 。
有关链接
有关标签：
点赞
更多技术博文
-
解密DeepSeek-V3推理网络：MoE架构若何沉构低时延、高吞吐需要？DeepSeek-V3颁布推动散布式推理网络架构升级 ，MoE模型引入大规模专家并行通讯 ，推理流量特点显著变动 ，Decode阶段对网络时度敏感 。网络需保险低时延与高吞吐 ，通过端网协同负载平衡与拥塞节造技术优化机能 。高效运维实现故障急剧定位与业务高可用 ，单轨双平面与Shuffle多平面组网规划在低成本下满足高机能推理需要 ，为大规模MoE模型部署提供主题网络支持 。
-
#互换机
-
-
高密场景无线网络新解法：iSlot官方网站Wi-Fi 7 AP 与 龙伯透镜天线正式成团iSlot官方网站网络在中国国际大学生创新大赛（2025）总决赛推出旗舰Wi-Fi 7无线AP RG-AP9520-RDX及龙伯透镜天线组合 ，针对高密场景实现零卡顿、低时延和高并发网络履历 。该规划通过多档赋形天线和智能无线技术 ，有效解决滋扰与覆盖问题 ，合用于场馆、办公等高密度环境 ，提供不变靠得住的无线网络解决规划 。
-
#无线网
-
#Wi-Fi 7
-
#无线
-
#放装式AP
-
-
打造“一云多用”的算力服务平台：iSlot官方网站高职教一朵云2.0解决规划颁布iSlot官方网站高职教一朵云2.0解决规划援手学堂构建统一云桌面算力平台 ，支持讲授、实训、科研和AI等全场景利用 ，实现一云多用 。通过资源池化和智能调度 ，提升资源利用效能 ，降低运维成本 ，覆盖公共机房、专业实训、老师办公及AI讲授等多场景需要 ，助力教育信息化从分散走向融合 ，推动规；敫鲂曰炀徒岷 。
-
#云桌面
-
#高职教
-
-
医院无线升级必看：“全院零周游”六大谜题全解析iSlot官方网站网络的全院零周游规划是新一代医疗无线解决规划 ，专为智慧医院设计 ，通过零周游主机和天线入室技术实现全院覆盖和移动零周游履历 。规划支持业务扩大全适配 ，优化运维治理 ，确保内表网物理隔离安全 ，并便捷部署物联网利用 ，援手医院提升网络机能 ，支持旧设备利旧升级 ，降低成本 。
-
#医疗
-
#医院网络
-
#无线
-
