VXLAN网关

VXLAN网关

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首先，补充一下现在流行的OverLay技术：

• VXLAN： VXLAN是将以太网报文封装成UDP报文进行隧道传输，UDP目的端口为4798(可修改)，标准5元组方式有利于在IP网络转发过程中进行负载分担；隔离标识VNI采用24比特来表示；所有的流量均被封装为payload转发。
• NVGRE ：NVGRE采用的是RFC 2784和RFC 2890所定义的GRE隧道协议。将以太网报文封装在GRE内进行隧道传输。隔离标识采用24比特来表示；与VXLAN的主要区别在对流量的负载分担上，因为使用了GRE隧道封装，NVGRE使用了GRE扩展字段flow ID进行流量负载分担，这就要求物理网络能够识别GRE隧道的扩展信息。
• STT ：STT是无状态传输协议，通过将以太网报文封装成TCP报文进行隧道传输，隔离标识采用64比特来表示。与VXLAN和NVGRE的主要区别是在隧道封装格式使用了无状态TCP，需要对传统TCP协议进行修改以适应NVGRE的传输。

//感觉大同小异，基本新技术的产生最多的也是从旧协议中添加扩展来支持新功能。

言归正传，VXLAN的网关：

为什么需要VXLAN网关？

因为VXLAN的VTEP之间发现技术导致的，毕竟组播是不能适用于如今这么大规模的IDC设备的。

另外一部分原因是VXLAN的通信需求，即——同VNI VM之间的通信；不同VNI VM之间的通信；VM和外部服务器的通信

无论如何，VXLAN两种数据包是不变的：

1. BUM（broadcast&unknown-unicast&multicast）包，就是新连接，需要寻找对应的VTEP

2. 在已知VTEP和对端的MAC地址的时候，发送单播包

VXLAN网关的几种分类：

1. 二层VXLAN网关

就是普通的同VNI内的VM相互通信(同一个组播组互相查找)

2. 三层VXLAN网关

a.不同VNI之间的互访(同时有两个VNI的组播组，作为中间人)

b.VM和外网server之间的互访(需要添加三层路由)

VXLAN网关的组网(集中式和分布式)：

集中式VXLAN网关：

以地址为10.1.1.11的虚拟机为例，虚拟机与外界网络进行三层通信的过程为：

(1)虚拟机（10.1.1.11）跨网段进行三层通信时，先广播发送ARP请求消息，解析VXLAN IP网关（10.1.1.1）的MAC地址。//不管怎么样VM的包第一个给接入VTEP

(2)VTEP 1收到ARP请求消息后，添加VXLAN封装并发送给所有的远端VTEP。//其实，不在已经学习到的流表中的请求，都需要提交VXLAN网关

(3)VTEP 3解封装VXLAN报文后，发现ARP请求的目的IP为VXLAN对应的本地网关IP地址，即与VXLAN关联的VSI虚接口的IP地址，则学习10.1.1.11的ARP信息，并向虚拟机回应ARP应答消息。//这个时候它没有说明白，用的是哪个MAC回给VTEP1和VM

(4)VTEP 1收到ARP应答消息后，将该消息转发给虚拟机。

(5)虚拟机获取到网关的MAC地址后，为三层报文添加网关的MAC地址，通过VXLAN网络将二层数据帧发送给VTEP 3。//VTEP在第三步返回的应该是自己的MAC(？？？？怀疑？？求证20180430，已经确认。)

(6)VTEP 3解封装VXLAN报文，并去掉链路层头后，对内层封装的IP报文进行三层转发，将其发送给最终的目的节点。

(7)目的节点回复的报文到达网关后，网关根据已经学习到的ARP表项，为报文封装链路层头，并通过VXLAN网络将其发送给虚拟机。

属于不同VXLAN网络的虚拟机之间的通信过程与上述过程类似，不同之处在于一个VXLAN网络的集中式网关需要将报文转发给另一个VXLAN网络的集中式网关，再由该集中式网关将报文转发给本VXLAN内对应的虚拟机。

分布式VXLAN网关：

为什么要分布式VXLAN网关：

采用集中式VXLANIP网关方案时，不同VXLAN之间的流量以及VXLAN访问外界网络的流量全部由集中式VXLAN IP网关处理，网关压力较大，并加剧了网络带宽资源的消耗。而在分布式VXLAN IP网关方案中，每台VTEP设备都可以作为VXLAN IP网关，对本地站点的流量进行三层转发，很好地缓解了网关的压力。

在分布式VXLAN IP网关组网中，所有的分布式VXLAN IP网关(GW)上都需要创建VSI虚接口，并为不同GW上的相同VSI虚接口配置相同的IP地址，作为VXLAN内虚拟机的网关地址。在分布式VXLAN IP网关上还需要开启本地代理ARP功能。边界网关(Border)上也需要创建VSI虚接口，并配置IP地址(和GW上不同)。

采用分布式VXLANIP网关组网方案时，三层流量通过查找ARP表项进行三层转发。ARP表项可以根据ARP协议动态学习。

1.相同VXLAN内不同站点的虚拟机通信过程

以VM 1访问VM 4为例，相同VXLAN内不同站点的虚拟机的通信过程为：

(1)VM 1广播发送ARP请求消息，希望获取VM 4的MAC地址。这个包被GW1收到。

(2)GW 1收到ARP请求消息后，学习VM 1的ARP信息，并代理应答该ARP请求，即：向VM 1发送ARP应答消息，应答的MAC地址为VSI虚接口10的MAC地址。

(3)VM 1学习到VM 4的MAC地址为GW 1上VSI虚接口10的MAC地址。

(4)GW 1将接收到的ARP请求消息中的源MAC地址修改为VSI虚接口10的MAC地址，对该消息进行VXLAN封装后，将其发送给VXLAN内的所有远端VTEP。//1.组播 2.不改ARP内容，还是询问VM4

(5)GW 2对VXLAN报文进行解封装后，学习VM 1的ARP信息（IP为10.1.1.11、MAC为GW 1上VSI虚接口10的MAC、出接口为接收该VXLAN报文的Tunnel接口），并将ARP请求消息中的源MAC修改为本地VSI虚接口10的MAC地址，在VXLAN 10的本地站点内进行广播。//同样是代理ARP

(6)VM 4收到ARP请求后，学习VM 1的ARP信息（IP为10.1.1.11、MAC为GW 2上VSI虚接口10的MAC），并发送ARP应答消息给本地网关GW 2。

(7)GW 2从VM 4收到ARP应答消息后，学习VM 4的ARP信息，将ARP应答消息中的源MAC修改为本地VSI虚接口10的MAC地址，并根据已经学习到的ARP表项，为ARP应答消息添加VXLAN封装后发送给GW 1。

(8)GW 1对VXLAN报文进行解封装后，根据收到的ARP应答消息学习VM 4的ARP信息（IP为10.1.1.12、MAC为GW 2上VSI虚接口10的MAC、出接口为接收该VXLAN报文的Tunnel接口）。

(9)通过上述步骤完成ARP信息的学习后，VM 1发送给VM 4的报文，根据已经学习到的ARP信息进行转发：首先发送给GW 1；GW 1对其进行VXLAN封装后，将其发送给GW 2；GW 2解封装后，将其发送给VM 4。

//可以看到的是除了代理ARP代答，并没有用到VSI口的IP，仅仅是用的MAC。所以相同的VSI IP也是可行的。

2.不同VXLAN间不同站点的虚拟机通信过程

以VM 1访问VM 5为例，不同VXLAN的虚拟机的通信过程为：

(1)VM 1广播发送ARP请求消息，获取网关10.1.1.1的MAC地址。

(2)GW 1收到ARP请求消息后，学习VM 1的ARP信息，并向VM 1发送ARP应答消息，应答的MAC地址为VSI虚接口10的MAC地址。//ARP代理

(3)VM 1将访问VM 5的报文发送给GW 1。

(4)GW 1在所有VXLAN内向本地站点和远端站点广播发送ARP请求，获取VM 5的MAC地址。ARP请求消息中的源IP地址为20.1.1.1、源MAC地址为本地VSI虚接口20的MAC地址。//GW1直接拿VNI20的IP做ARP，说明在这里它已经知道VM5属于VNI20

(5)GW 2从VXLAN隧道上接收到VXLAN报文，对其进行解封装后，学习GW 1的ARP信息（IP为20.1.1.1、MAC为GW 1上VSI虚接口20的MAC、出接口为接收该VXLAN报文的Tunnel接口），并将ARP请求消息中的源MAC修改为本地VSI虚接口20的MAC地址，在VXLAN 20的本地站点内广播该ARP请求消息。//注意：GW2改了MAC，但是没有改IP！！！因为IP是一样的！

(6)VM 5收到ARP请求后，学习GW 2的ARP信息（IP为20.1.1.1、MAC为GW 2上VSI虚接口20的MAC），并发送ARP应答消息给本地网关GW 2。

(7)GW 2从VM 5收到ARP应答消息后，学习VM 5的ARP信息，将ARP应答消息中的源MAC修改为本地VSI虚接口20的MAC地址，并根据已经学习到的ARP表项，为ARP应答消息添加VXLAN封装后发送给GW 1。

(8)GW 1对VXLAN报文进行解封装后，根据收到的ARP应答消息学习VM 5的ARP信息（IP为20.1.1.12、MAC为GW 2上VSI虚接口20的MAC、出接口为接收该VXLAN报文的Tunnel接口）。

(9)通过上述步骤完成ARP信息的学习后，VM 1发送给VM 5的报文，根据已经学习到的ARP信息进行转发：首先发送给GW 1；GW 1对其进行VXLAN封装后，将其发送给GW 2；GW 2解封装后，将其发送给VM 5。

疑问：未解决//20180503

//在GW1和GW2的交互过程中，他们都用到了VNI20的IP20.1.1.1，要注意的是他们发的是ARP包，虽然目的IP不一样，但是源IP是一样的，GW2收到了来自自己IP的，不同MAC的ARP请求包，还能正常处理，这是必须要这么做还是另有原因?

虚拟机与外部网络的三层通信过程

虚拟机要想与外部网络进行三层通信，需要在接入虚拟机的本地分布式VXLAN IP网关上指定流量的下一跳为Border，可以通过如下方式来实现：

·在本地分布式VXLAN IP网关上配置静态路由，指定路由下一跳为Border上同一个VXLAN对应VSI虚接口的IP地址。

·在本地分布式VXLAN IP网关上配置策略路由，通过apply default-next-hop命令设置报文的缺省下一跳为Border上同一个VXLAN对应VSI虚接口的IP地址。

以VM 1访问外部网络内的主机50.1.1.1为例，虚拟机访问外部网络的三层通信过程为：

(1)VM 1广播发送ARP请求消息，获取网关10.1.1.1的MAC地址。

(2)GW 1收到ARP请求消息后，学习VM 1的ARP信息，并向VM 1发送ARP应答消息，应答的MAC地址为VSI虚接口10的MAC地址。//ARP代理

(3)VM 1将访问外部网络的报文发送给GW 1。

(4)GW 1接收到报文后，根据策略路由判断报文的下一跳地址为10.1.1.2。GW 1在VXLAN 10内向本地站点和远端站点广播发送ARP请求消息，获取10.1.1.2对应的MAC地址。//也就是说，GW1已经知道了这个目的地址是在外网

(5)Border对VXLAN报文进行解封装，学习GW 1的ARP信息，并通过VXLAN隧道回复ARP应答消息。//答复的是10.1.1.2的MAC地址

(6)GW 1对VXLAN报文进行解封装，并获取到10.1.1.2的ARP信息。

(7)GW 1根据获取到的信息为VM 1发送的报文封装链路层地址（10.1.1.2对应的MAC地址），并通过VXLAN隧道将报文发送给Border。

(8)Border对接收到的报文进行解封装后，对报文进行三层转发。

本文名称：VXLAN网关
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