基本介紹
- 中文名：虛擬擴展區域網路
- 外文名：Virtual Extensible Local Area Network
- 簡稱：VXLAN
- 實質：一種網路虛擬化技術
- 特性：靈活性大等
- 所屬領域：網路技術
簡述,基本原理,部署方法,特點,
簡述
VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虛擬擴展區域網路）技術很好地解決了現有VLAN技術無法滿足大二層網路需求的問題。VxLAN技術是一種大二層的虛擬網路技術，主要原理是引入一個UDP格式的外層隧道作為數據鏈路層，而原有數據報文內容作為隧道淨荷加以傳輸。由於外層採用了UDP作為傳輸手段，淨荷數據可以輕鬆地在二三層網路中傳送。VxLAN已成為業界主流的虛擬網路技術之一，IETF正在制定相關標準。VxLAN技術的特點在於如下幾個方面。
VXLAN主要解決現階段大規模雲計算數據中心虛擬網路不足的問題。VMware ESXi、Open vSwitch、當前主流的網路晶片均已支持VXLAN：它備受業界關注，未來有可能成為網路虛擬化技術當中的主流技術之一，如此看來，它的發展和套用前景還是值得期待的。
基本原理
VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network）是一種隧道技術，能在三層網路的基礎上建立二層乙太網網路隧道，從而實現跨地域的二層互連。
VXLAN採取了將原始乙太網報文封裝在UDP數據包里的封裝格式。將原來的二層數據幀加上VXLAN頭部一起封裝在一個UDP數據包里。
VXLAN頭部包含有一個VXLAN標識（即VNI，VXLAN Network Identifier），只有在同一個VXLAN上的虛擬機之間才能相互通信。VNI在數據包之中占24比特，故可支持1600萬個VXLAN的同時存在，遠多於VLAN的4094個，因此可適應大規模租戶的部署。
VXLAN一般通過安裝在伺服器上的軟體實現報文的封裝與解封裝，網路只要IP路由可達即可。VXLAN實現了套用與物理網路的解耦，但網路與虛擬機還是相互獨立的。業界一般通過網路控制器（如SDN，Software Defined Network）實現VXLAN網路與雲業務的聯動。當虛擬機發生遷移後，虛機/存儲控制器會把虛擬機遷移信息通知給網路控制器，網路控制器根據虛擬機遷移的新位置，重新調整網路配置，從而實現網路與雲業務的聯動。也就是說，物理網路可以是傳統的三層IP網路，路由可達即可。虛擬機可跨三層IP網路遠距離遷移，不再受限於二層技術。物理網路也無需允許所有VLAN通過。接入交換機需要學習的MAC地址的數量也大大減少，削弱了網路設備MAC地址表項規格對虛擬機規模的約束。
部署方法
VXLAN網路設備主要有三種角色，分別是VTEP（VXLAN Tunnel EndPoint）、VXLAN網關、VXLANIP網關。對於套用系統來說，只與這三種設備相關，而與底層傳統三層IP網路無關。
（1）VTEP是直接與終端連線的設備，負責原始以太報文的VXLAN封裝和解封裝。
（2）VXLAN網關除了具備VTEP的功能外，還負責VLAN報文與VXLAN報文之間的映射和轉發。VXLAN的虛擬機與傳統VLAN的虛擬機之間互訪，通過VXLAN網關來完成。
（3）VXLANIP網關具有VXLAN網關的所有功能，此外，還負責處理不同VXLAN之間的報文通信。不同VXLAN的虛擬機之間需要互訪，必須經過VXLANIP網關完成。
VTEP、VXLAN網關、VXLAN IP網關、形態可以是虛擬交換機，也可以是物理交換機。根據VTEP、VXLAN網關、VXLAN IP網關是虛擬交換機還是物理交換機，VXLAN網路的部署方法主要分三種。
（1）第一種是VTEP、VXLAN網關、VXLANIP網關均通過安裝在伺服器上的軟體實現。
（2）第二種是VTEP、VXLAN網關、VXLANIP網關均由物理交換機承擔。物理伺服器支持SR-IOV功能，使虛擬機通過SR-IOV技術直接與物理交換機相連，虛擬機的流量在接入交換機上進行VXLAN報文的封裝和解封裝。
（3）第三種是VTEP由安裝在伺服器上的軟體實現，VXLAN網關、VXLANIP網關由物理交換機承擔。
對於第一種部署方法，由於所有VXLAN報文的封裝解封裝都通過軟體實現，會占用部分伺服器資源，特別是VXLANIP網關，當訪問量大時，將會成為系統瓶頸。對於第二種部署方法，由於需要通過一些特殊的要求或技術實現虛擬機與VTEP的對接，組網不夠靈活。第三種部署方法通過安裝在伺服器上的軟體實現虛擬機的VTEP，通過物理交換機實現物理伺服器的VTEP，通過專業的硬體交換機實現VXLANIP網關，從而可承載超大規模的流量轉發，避免成為系統瓶頸。也就是說，第三種部署方法結合了第一種和第二種方法的優勢，是相對而言最優的部署方法，因此，一般推薦使用第三種部署方法。
特點
相對於VLAN，VXLAN具備以下的優勢。
（1）極大的擴充了二層網段的數量：VXLAN技術的24位VVNI標識符提供了1600萬個VXLAN網段，遠比VLAN的4094個要多。可以滿足數據中心多租戶的網段分隔的需求。
（2）更大的靈活性：原來虛擬機的遷移只能在同網段的二層網路上進行，受到地理位置的嚴重限制。VXLAN通過隧道技術構建可以跨越多個三層網路的虛擬的二層網路，虛擬機可以在物理位置分散的數據
中心之間進行遷移，這使得虛擬機的部署更加靈活和方便。
（3）最佳化的網路操作：由於VXLAN在標準的第三層IP網路上運行，不再需要構建和管理龐大的第二層基礎傳輸層。
（4）經濟性：VXLAN由物理伺服器內部的虛擬機管理程式來管理，對虛擬機和普通的網路設備（如物理交換機、路由器）等透明，不需要對現有的物理交換機和路由器進行硬體方面的升級和改造。
雖然VXLAN技術能滿足未來雲端大規模發展的需求，但作為一項新的技術，VXLAN仍有不少不足之處。
（1）與提供網路服務的傳統物理設備通信存在較大問題：VXLAN是一種隧道技術，由於在隧道的兩端之間直接建立隧道，那么它是無法與途經的一些物理設備（如傳統防火牆、傳統負載均衡器）通信的。
（2）影響報文轉發效率：需要為每個報文封裝與解封裝隧道頭，降低了報文的轉發效率。
