先导---Overlay网络

Overlay网络是一种灵活的叠加虚拟网络。

为什么需要Overlay网络？

移动性 - 跟踪边缘设备连接的主机
伸缩性 - 减少核心网络状态，网络边缘分布式和分区处理
多租户 - 共享网络资源
灵活性/可编程 - 减少维护节点数量

使用Overlay网络可按需在底层承载网络上快速部署虚拟业务网络。

Overlay术语

（本文中大部分都原图在参考资料10中的PPT）

Overlay分类

服务：

二层服务
三层服务

边缘设备：

网络式Overlay
主机式Overlay（如VXLAN）
混合式Overlay（如使用OVS实现的VXLAN）

信令：

数据平面学习
控制平面学习

简介

VXLAN全名为Virtual eXtensible Local Area Network，即虚拟可扩展局域网。它基于UDP，是一种虚拟化隧道通信技术。它是一种建立在三层网络之上的一种Overlay网络。

工作原理

术语

VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints, VXLAN隧道端点）

VXLAN网络的边缘设备，用来进行封包和解包。VTEP可以是网络设备或端节点。项目里就使用OVS来作为VTEP。
VNI（VXLAN Network Identifier，VXLAN网络标识符）

是每个VXLAN段的标识，长24位。
Tunnel（VXLAN隧道）

是个逻辑上的概念，像是为通信的双方搭建了一个单独的通信通道。

物理网络上可以创建多个VXLAN网络，通过VNI来标识不通的VXLAN网络，使之可以互相隔离。

报文格式

VXLAN的报文格式如下：

由内到外分别为：

VXLAN Header

在原始的二层帧前，长度为8字节。大部分都是保留位，最重要的是VNI，占24位。
UDP Header

将原始二层帧和VXLAN头用UDP头进行封装，目的端口号（=VXLAN端口）默认使用4789，源端口通过内层数据包的哈希得出，这样更方便在VXLAN的Overlay网络上做负载均衡。
IP Header

源ip为源VTEP的IP地址，目的Ip为目的VTEP的IP地址。
MAC Header

源MAC为源VTEP的MAC地址，目的MAC为到达目的VTEP的路径中下一跳设备的MAC地址。

注意到在原始的二层帧前面又加了50个字节的报头，因此需要设置VM/容器中网卡的mtu为1450。

VXLAN的转发过程

VXLAN的转发过程为：原始报文从源VM出发，经过源VTEP，被VTEP加上VXLAN头部及UDP头部，根据VXLAN头部的VNI将封装后的报文（通过底层物理网络）递送至所有拥有此VNI的VTEP，目的VTEP再递交给对应的VM。

这里的VM泛指虚拟机和docker等虚拟网络设备

这里就产生了一个问题：

源VTEP如何知道该递交给哪个VTEP，即如何获取目的VTEP的ip地址？

其实，VTEP内部会有一张转发表，该表是通过学习机制来维护的。转发表长这样：

VTEP IP	VTAP MAC	VNI

根据这张表，就可以解决上面的问题，完成VXLAN报文的转发。

下图展示了VTAP发现和学习地址的过程。

下图展示了VXLAN单播数据流的转发过程

跨宿主机docker搭建vxlan过程

linu环境下常用的vxlan实现方式有Linux内核实现和OVS实现，这里使用OVS实现。

在两端创建容器，取名为test1

sudo docker run -itd --name test1 --net=none --privileged=true router/quagga

在两端的OVS上添加网桥，取名为test_br
```
sudo ovs-vsctl add-br testbr
```
连接网桥和容器，容器中的网卡取名为tap1，设置mtu=1450
```
sudo ovs-docker add-port testbr tap1 test1 --mtu=1450
```

为网桥添加一个vxlan类型的端口vxlan_port，remote_ip为对端地址（粘贴时注意更换）。vni标识为24位。

sudo ovs-vsctl add-port testbr vxlan_port \
    -- set Interface vxlan_port \
    type=vxlan options:remote_ip=10.1.1.122 \
    options:key=123456 options:dst_port=8472

为两端的容器配置ip地址，其中一端为10.0.0.1/24，另一端为10.0.0.2/24（这里容器里没有ifconfig这个命令，为方便，使用了nsenter进入容器进行操作）
```
sudo nsenter -t $(sudo docker inspect -f {{.State.Pid}} test1) -n ifconfig tap1 10.0.0.1/24
```

ping另一端

sudo nsenter -t $(sudo docker inspect -f {{.State.Pid}} test1) -n ping 10.0.0.2

实验后清理环境

sudo docker rm -f test1 && sudo ovs-vsctl del-br testbr

Vxlan学习笔记---概念与实践