隨著網絡技術的發展，云計算憑借其系統利用率高、人力/管理成本低以及靈活性/擴展性方面展現的優勢，已經成為目前各大行業IT建設的新趨勢。而服務器的虛擬化作為云計算的核心技術之一，也得到了越來越多的應用，從而極大的增加了數據中心的計算密度;同時，為了實現業務的靈活變更部署，虛擬機在二層網絡中的***制遷移需求越來越迫切。而傳統的經典二、三層網絡已無法完全滿足這些需求。

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比如傳統的VLAN(虛擬局域網)技術由于最多只能支持4096個VLAN，已經不能滿足云提供商的嚴格要求，但是VXLAN(虛擬可擴展局域網)技術因為可以通過將第2層擴展到第3層網絡來構建大型多租戶數據中心而備受青睞，這種技術可以有效克服VLAN帶來的擴展局限性。

一、什么是VLAN?

1. VLAN 概念：

Virtual Local Area Network意為虛擬局域網，是在交換機實現過程中涉及到的概念，由802.1Q標準所定義。由于交換機是工作在鏈路層的網絡設備，連接在同一臺交換機的終端處于同一個三層網中，同時也處于同一個廣播域。當交換機接入較多的終端時，任意一臺終端發送廣播報文時(例如：ARP請求)，報文都會傳遍整個網絡。

2. VLAN優點：

對于規模較大的組網場景，廣播報文的泛濫對于網絡通信將會造成較大的影響。VLAN技術為這一問題提供了解決方案，VLAN將同一網絡劃分為多個邏輯上的虛擬子網，并規定當收到廣播報文時，僅僅在其所在VLAN中進行廣播從而防止廣播報文泛濫。VLAN技術在鏈路層的層次中實現了廣播域的隔離，一張圖看懂VLAN作用：

雖然有這些優點，然而它的弊端也很明顯：

• 虛擬化技術的發展促使大數據、云計算技術公司采用單個物理設備虛擬多臺虛擬機的方式來進行組網，因此對于支持VLAN的數量要求也在提升，加上VLAN技術最多支持4094個VLAN，因此已經無法滿足需求。
• 公有云提供商的業務要求將實體網絡租借給多個不同的用戶，這些用戶對于網絡的要求有所不同，而不同用戶租借的網絡有很大的可能會出現IP地址、MAC地址的重疊，傳統的VLAN僅僅解決了同一鏈路層網絡廣播域隔離的問題，而并沒有涉及到網絡地址重疊的問題，因此需要一種新的技術來保證在多個租戶網絡中存在地址重疊的情況下依舊能有效通信的技術。

• 虛擬化技術的出現增加了交換機的負擔，對于大型的數據中心而言，單臺交換機必須支持數十臺以上主機的通信連接才足以滿足應用需求，而虛擬化技術使得單臺主機可以虛擬化出多臺虛擬機同時運行，而每臺虛擬機都會有其唯一的MAC地址。這樣，為了保證集群中所有虛機可以正常通信，交換機必須保存每臺虛機的MAC地址，這樣就導致了交換機中的MAC表異常龐大，從而影響交換機的轉發性能。

基于以上需求，VXLAN技術被提出。

二、什么是VXLAN

1. VXLAN概念：

Virtualextensible Local Area Network，虛擬擴展局域網。IETF定義NVO3標準技術之一，采用MAC-in-UDP報文封裝模式，通過將二層報文使用三層協議封裝實現二層網絡在三層范圍內擴展，滿足數據中心大二層虛擬機遷移和多租戶需求;VXLAN技術可以基于三層網絡結構來構建二層虛擬網絡，通過VLAN技術可以將處于不同網段網絡設備整合在同一個邏輯鏈路層網絡中，對于終端用戶而言，這些網絡設備似乎“真實地”部署在了同一個鏈路層網絡中。

也就是說，它可以通過將第2層擴展到第3層網絡來構建大型的多租戶數據中心，同時將虛擬網絡與物理基礎設施分離，并實現***的網絡可靠性和可擴展性。因此，您可以使用VXLAN技術創建多達1600萬個網絡。

2. VXLAN術語介紹：

• NVE：NetworkVirtualization Edge，網絡虛擬邊緣，用于建立VxLAN隧道的網絡設備;
• VTEP：VxLANtunnel End Point，VxLAN隧道端點，指建立VxLAN隧道的NVE設備端點IP，可用于靜態VxLAN配置及動態VxLAN配置;
• VNI：VirtualNetwork Identifier，虛擬網絡ID，一個VNI即一個VxLAN廣播域，實現VxLAN廣播域隔離，相當于VLAN中的VLAN ID;
• BD:BridgeDomain，定義一個VxLAN廣播域，可配合配置BDIF，實現跨VxLAN路由，一個BD唯一映射一個VNI;
• VxLAN報文格式：

3. VXLAN技術的優勢和局限性

相比VLAN技術，VXLAN技術具有以下的優勢：

• 24位長度的VNI字段值可以支持更多數量的虛擬網絡，解決了VLAN數目上限為4094的局限性的問題。
• VXLAN技術通過隧道技術在物理的三層網絡中虛擬二層網絡，處于VXLAN網絡的終端無法察覺到VXLAN的通信過程，這樣也就使得邏輯網絡拓撲和物理網絡拓撲實現了一定程度的解耦，網絡拓撲的配置對于物理設備的配置的依賴程度有所降低，配置更靈活更方便。
• VLAN技術僅僅解決了二層網絡廣播域分割的問題，而VXLAN技術還具有多租戶支持的特性，通過VXLAN分割，各個租戶可以獨立組網、通信，地址分配方面和多個租戶之間地址沖突的問題也得到了解決。

為了保證VXLAN機制通信過程的正確性，rfc7348標準中規定，涉及到VXLAN通信的IP報文一律不允許分片，這就要求物理網絡的鏈路層實現中必須提供足夠大的MTU值，保證VXLAN報文的順利傳輸，這一點可以理解為當前VXLAN技術的局限性。

4. VXLAN的應用場景：

VXLAN在云數據中心之間虛擬機遷移中的應用，如某個企業在不同的數據中心有不同業務應用的虛擬機，數據中心之間虛擬機遷移是經常會遇到的，為了保證虛擬機遷移過程中業務不中斷，則需要保證遷移虛擬機的IP地址、MAC地址等參數保持不變，這就要求虛擬機遷移前后屬于統一個二層網絡。如果使用傳統方法解決此問題，可能需要購買新的物理設備以分離流量，并可能導致諸如VLAN散亂、網絡成環以及系統和管理開銷等問題。

為了成功實現虛擬機在業務不中斷情況下的遷移，可通過VXLAN技術實現。VXLAN是MAC in UDP的網絡虛擬化技術，只要物理網絡支持IP轉發，所有IP路由可達的終端用戶即可建立一個大范圍二層網絡;在虛擬機上聯的交換機上配置VXLAN相關信息，虛擬機上聯交換機之間建立VXLAN隧道和VXLAN網關，通過VXLAN隧道和VXLAN網關，可實現在不同數據中心之間虛擬機成功遷移，并且可保證虛擬機遷移過程中網絡無感知、業務不中斷。

VXLAN在SDN環境下的應用，SDN環境下，可以通過SDN控制器來實現VXLAN的IP和VID之間相關信息的對應關系，SDN控制器可以作為ARP代答設備，這樣大大提高了VXLAN的靈活性與擴展性。所以VXLAN技術在SDN環境中可以被廣泛應用。