VXLAN 转发原理

介绍

VXLAN工作原理如下：

1. 在每个数据中心的交换机上都配置一个VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints），用于封装和解封装VXLAN报文。
2. 在两个VTEP之间建立一个VXLAN隧道，用于在两个数据中心之间传输封装后的VXLAN报文。
3. 当虚拟机之间需要通信时，它们的报文会被发送到所在数据中心的交换机上。交换机上的VTEP会将报文封装成VXLAN报文，并通过VXLAN隧道发送到另一个数据中心的交换机上。
4. 另一个数据中心的交换机上的VTEP会将VXLAN报文解封装，还原成原始报文，并发送给目标虚拟机。

这样，虚拟机之间就可以通过VXLAN隧道进行通信了。

本文章介绍了其工作原理和配置方案。

本文章是针对华为系列网络设备的学习笔记。

VXLAN隧道的建立方式

VXLAN隧道由一对VTEP确定，报文在VTEP设备进行封装之后在VXLAN隧道中依靠路由进行传输。只要VXLAN隧道的两端VTEP是三层路由可达的，VXLAN隧道就可以建立成功。

根据VXLAN隧道的创建方式将VXLAN隧道分为以下两种：

• 静态隧道：通过用户手工配置本端和远端的VNI、VTEP IP地址和头端复制列表（head-end peer-list）来完成。
• 动态隧道：通过BGP EVPN（Ethernet VPN，以太网虚拟私有网络）方式动态建立VXLAN隧道。在VTEP之间建立BGP EVPN对等体，然后对等体之间利用BGP EVPN路由来互相传递VNI和VTEP IP地址信息，从而实现动态地建立VXLAN隧道。

静态VXLAN隧道

• 静态VXLAN隧道并不是一个有状态的隧道（如IPsec VPN），只是数据传输时的隧道封装，类似于GRE VPN。
• 头端复制列表中的地址，即进行隧道封装传输时可封装的隧道目的地址。

VXLAN MAC地址表项

• VXLAN实现的是在Overlay网络中进行二层转发，转发单播数据帧依赖的依旧是MAC地址表项。
• VTEP接收到BD内来自本地的数据帧，将数据帧的源MAC地址添加到该BD的MAC地址表中，出接口为收到数据帧的接口。
• 该表项用于指导发往本VTEP下连接终端的数据帧的转发。

<S1>display mac-address bridge-domain 10
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address    		VLAN/VSI/BD   Learned-From    Type        		
-------------------------------------------------------------------------------
0000-0000-000a	      -/-/10      GE1/0/1.10     dynamic    

<S1>display mac-address bridge-domain 20
-------------------------------------------------------------------------------
MAC Address    		VLAN/VSI/BD   Learned-From    Type        		
-------------------------------------------------------------------------------
0000-0000-000b     	 -/-/20       GE1/0/1.20   	 dynamic    

MAC地址动态学习 (1)

• 转发属于远端VTEP下所连接设备的数据帧，需要先学习到远端设备的MAC地址。
• 该过程与传统MAC地址表形成过程类似，依赖于主机之间的报文交互，一般通过ARP报文交互形成MAC地址表项。

• PC1与PC2通信过程如下：

1. PC1要与PC2通信，PC1发送ARP请求广播帧，试图请求PC2的MAC地址。
2. SW1收到该帧后，根据VAP信息判断出流量所属的BD ID、需进入的VXLAN隧道及对应的VNI；同时学习PC1的MAC地址，将其与该BD ID、接收帧的接口等绑定。
3. SW1对ARP请求广播帧进行VXLAN封装，按头端复制列表进行转发。
4. SW2收到VXLAN报文后，将其解封装，得到原始数据帧；同时学习PC1的MAC地址，将该地址与SW1的VTEP地址进行绑定。
5. SW2将该ARP帧在本地广播域内泛洪。然后，PC2收到了该帧并学习到了PC1的ARP信息。

MAC地址动态学习 (2)

• PC2发送单播的ARP回应。

  6. SW2此时已经拥有PC1的MAC地址表项，因此将会单播转发，并且学习PC2的源MAC地址到MAC地址表项中。

  7. SW2为该ARP响应加上VXLAN封装，发送到远端VTEP 1.1.1.1。

  8. SW1收到VXLAN报文之后解封装，将PC2的源MAC地址记录到MAC地址表，出接口为远端VTEP。

  9. SW1将数据帧转发给PC1。

至此PC1、2相互学习到了对方的ARP信息，SW1、SW2完成了PC1、PC2的MAC地址学习，该过程也叫做Flood and Learn。

同子网已知目的地址单播报文转发

BUM流量转发

• 传输BUM（Broadcast、Unknown、Multicast）流量时，VTEP会将流量复制多份发送到头端复制列表中的对端VTEP，从而在Overlay网络中实现泛洪转发的效果。
• BUM，广播、未知、组播以太网帧

跨子网三层转发

1. PC1希望与PC2进行通信，本地计算发现对端与自身不在同一个子网，此时将报文发送给网关。
2. PC1发往PC2的数据帧，目的MAC为：00AB-09FF-1111（网关MAC地址），SW1收到之后执行L2查表发现出接口为远端VTEP（即L3网关），将报文加上VXLAN头部封装（VNI =1000）之后发往SW3。
3. SW3收到报文之后解VXLAN封装发现，内部原始数据帧其目的MAC为：00AB-09FF-1111，为自身接口VBDIF 10的MAC地址，此时需要执行L3查表转发。
4. SW3查找路由表，发现目的IP：192.168.2.1，与本地接口VBDIF 20产生的直连路由相匹配，查找ARP表项确定报文目的MAC，再查找MAC地址表确定报文的出接口。SW3中前往192.168.2.1所对应MAC地址的出接口为远端VTEP 2.2.2.2，将报文加上VXLAN封装，送往SW2。
5. SW2收到报文之后解VXLAN封装发现目的MAC并非自身任何接口的MAC地址，执行L2查表转发，依据MAC地址表将报文从本地接口转发出去。