什么是数据中心VXLAN Overlay网络？

背景

云计算作为一种新型IT技术以及基础设施，能够帮客户降低IT投资和运营成本，还能加速应用的快速发展，云数据中心的规模也在爆发式的增长，从单数据中心，到两地中心，后续的多地多中心。最为之依赖的就是数据通信网络，所谓网络质量就成为服务体验的关键性因素，特别是在对稳定性以及要求很高的关键性业务。

什么是数据中心VXLAN Overlay网络

1.overlay网络是什么

Overlay是一种将（业务的）二层网络构架在（传统网络的）三层/四层报文中进行传递的网络技术。Overlay技术实际上是一种隧道封装技术，主要有VXLAN、NVGRE等，基本原理都是通过隧道封装的方式将二层报文进行封装后在现有网络中进行透明传输，到达目的地之后再解封装得到原始报文，相当于一个大二层网络叠加（Overlay）在现有的网络之上。

Underlay是一张承载网，由各类物理设备构成，如TOR交换机、汇聚交换机、核心交换机、负载均衡设备与防火墙设备等。实施Overlay技术后，会在Underlay网络基础上形成一张逻辑网。

2.VXLAN的价值

VXLAN是NVO3中的一种网络虚拟化技术，通过将虚拟机发出的数据包封装在UDP中，并使用物理网络的IP、MAC作为outer-header进行封装，然后在IP网络上传输，到达目的地后由隧道终结点解封装并将数据发送给目标虚拟机，具有以下优势：

通过24比特的VNI可以支持多达16M的VXLAN段的网络隔离，对用户进行隔离和标识不再受到限制，可满足海量租户。

VNI可以分为二层VNI和三层VNI，既可以和广播域BD关联，也可以和VPN实例关联。因此VXLAN可以支持L2 VPN、L3 VPN等复杂业务。

除VXLAN网络边缘设备，网络中的其他设备不需要识别虚拟机的MAC地址，减轻了设备的MAC地址学习压力，提升了设备性能。

通过采用MAC in UDP封装来延伸二层网络，实现了物理网络和虚拟网络解耦，租户可以规划自己的虚拟网络，不需要考虑物理网络IP地址和广播域的限制，大大降低了网络管理的难度。

VXLAN封装的UDP源端口，由内层的流信息Hash而来，Underlay网络不需要解析内层报文就可负载分担，实现网络高吞吐量。

Network Overlay分布式网络分类介绍

1.集中式VXLAN

流量模型

南北向流量：出外网的流量在Leaf节点经过VXLAN封装后，通过Overlay转发到Border Leaf节点，Border Leaf进行VXLAN解封装后，查找路由表转发到外网。反之，外网进来的流量在Border Leaf根据ARP表/MAC表查找到目的Leaf节点，经过VXLAN封装后转发到目的Leaf节点，Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机。如上图黄色线条所示。

子网内流量：子网内访问流量在源Leaf节点根据MAC表查找到目的Leaf节点，经过VXLAN封装后转发到目的Leaf节点，目的Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机。如上图绿色线条所示。

跨子网流量：跨子网访问流量在源Leaf节点根据MAC表查找到Border Leaf（业务网关），经过VXLAN封装后（源VNI）转发到Border Leaf，Border Leaf进行VXLAN解封装，根据直连路由/ARP表/MAC表查找到目的Leaf节点，再经过VXLAN封装（目的VNI）转发到目的Leaf，目的Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机。如上图紫色线条所示。

ARP：ARP请求报文在源Leaf节点封装成VXLAN，依次发送到所有VTEP。Border Leaf 通过该报文学习到主机ARP。所有目的VTEP进行VXLAN解封装后广播到本地主机。ARP响应报文参考“子网内流量”。

集中式VXLAN网络结构相对简单，容易管理，但所有的子网外流量都通过Border Leaf转发，对Border Leaf要求较高，适用中小规模数据中心。

2.分布式VXLAN

流量模型

南北向流量：出外网的流量在Leaf节点经过VXLAN（L3 VNI）封装后，通过Overlay转发到Border Leaf节点，Border Leaf进行VXLAN解封装后，查找路由表转发到外网。反之，外网进来的流量在Border Leaf根据路由表查找到目的Leaf节点，经过VXLAN（L3 VNI）封装后转发到目的Leaf节点，Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机。如上图黄色线条所示。

VPC内流量：VPC内同二层网络访问流量在源Leaf节点根据MAC表查找到目的Leaf节点，经过VXLAN（L2 VNI）封装后转发到目的Leaf节点，目的Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机；

VPC内跨二层网络访问流量在源Leaf节点根据路由表查找到目的Leaf节点，经过VXLAN（L3 VNI）封装后转发到目的Leaf节点，目的Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机。如上图绿色线条所示。

VPC间流量：VPC间访问流量在源Leaf节点根据静态路由查找到Border Leaf，经过VXLAN封装后（源VPC的L3 VNI）转发到Border Leaf，Border Leaf进行VXLAN解封装，根据路由表查找到目的Leaf节点，再经过VXLAN封装（目的VPC的L3 VNI）转发到目的Leaf，目的Leaf节点进行VXLAN解封装后，查找MAC表转发到本地主机。如上图紫色线条所示。

ARP代答：ARP请求报文达到源Leaf节点，源Leaf节点学习到源主机ARP并通过EVPN同步给所有VTEP，同时源Leaf节点直接代答ARP请求。

分布式VXLAN网络结构相对复杂，但东西和南北向在Leaf和Border Leaf间分流，均衡Leaf和Border Leaf的压力，适用于大规模数据中心。