3.5.4 VXLAN
有了各类虚拟设备之后，下一步就是要使用这些设备组成网络。
传统的物理拓扑结构相对固定，很难支持云原生时代下逻辑拓扑结构频繁变动的需求，例如灾难恢复、业务迁移等敏捷需求，以及跨集群甚至跨多个计算中心的可迁移性。SDN（Software Definded Network，软件定义网络）在云计算和分布式时代下应运而生。
SDN
SDN 的核心思想是在物理网络之上，再构建一层虚拟化的网络，通过上层控制平面参与对网络的控制管理，以满足业务网络运维的需求。SDN 位于下层的物理网络被称为 Underlay，它着重解决网络的连通性，位于上层的逻辑网络被称为 overlay，它着重为应用提供与软件需求相符的传输服务和拓扑结构。
由于跨主机的通信绝大多数都是 overlay 网络，所以本节内容，笔者以 VXLAN 为例介绍 overlay 网络原理。
图 3-24 SDN 网络模型
VXLAN 你可能没有听说过，但 VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）相信只要从事计算机行业的人都有所了解，
VLAN
1995 年，IEEE 就发表了 802.1Q 标准定义了在以太网数据帧中 VLAN 的格式，并且沿用至今。
VLAN 是一种早期的网络虚拟化技术，由于二层网络本身特性决定它非常依赖广播，但当设备非常多、广播又非常频繁的时候，很容易形成广播风暴。因此 VLAN 的首要职责是划分广播域，将同一个物理网络的设备区分出来。具体的做法是在以太网的报头增加 VLAN tag，让所有广播只针对相同的 VLAN tag 的设备生效，这样就缩小了广播域，也提高了安全性和可管理性。
不过 VLAN 有一个非常明显的缺陷，就是 VLAN tag 的设计，当时的网络工程师完全未料及云计算会发展得会如此普及，只设计了 12 位来存储 VLAN ID，标准定义中 VLAN 的数量只有 4000 个左右，这显然无法支持大型数据中心数以万计的设备数。
VXLAN
为了解决 VLAN 的设计缺陷，IETF 又重新定义了 VXLAN 规范，这是三层虚拟化网络（Network Virtualization over Layer 3，NVO3）的标准技术规范之一，是一种典型的 overlay 网络。
虽然从名字上看，VXLAN 是 VLAN 的一种扩展协议，但 VXLAN 内在已经与 VLAN 迥然不同，VXLAN 本质上是一种隧道封装技术，它使用 TCP/IP 协议栈的惯用手法「封装/解封装技术」，将 L2 的以太网帧（Ethernet frames）封装成 L4 的 UDP 数据报，然后在 L3 的网络中传输，效果就像 L2 的以太网帧在一个广播域中传输一样，不再受数据中心传输的限制。
图 3-25 VXLAN 报文结构
VXLAN 完美地弥补了 VLAN 的上述不足：
- 一方面通过 VXLAN 中的 24 比特 VNI 字段（如图 3-25 所示）提供多达 16M 租户的标识能力，远大于 VLAN 的 4000；
- 另一方面，VXLAN 本质上在两台交换机之间构建了一条穿越数据中心基础 IP 网络的虚拟隧道，将数据中心网络虚拟成一个巨型「二层交换机」，满足虚拟机大范围动态迁移的需求。
VXLAN 的通信原理如图 3-26 所示，VXLAN 每个边缘入口都部署了一个 VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints，VXLAN 隧道端点），VTEP 是 VXLAN 隧道的起点和终点，VXLAN 对用户原始数据帧的封装和解封装均在 VTEP 上进行，VTEP 既可以是一台独立的网络设备，也可以是在服务器中的虚拟交换机。源服务器发出的原始数据帧，在 VTEP 上被封装成 VXLAN 格式的报文，并在 IP 网络中传递到另外一个 VTEP 上，并经过解封转还原出原始的数据帧，最后转发给目的服务器。
图 3-26 VXLAN 通信概览
VXLAN 对网络基础设施的要求很低，不需要专门的硬件只要三层可达的网络就可以部署 VXLAN。从 Linux 内核 3.2 起，一台 Linux 主机经过简单配置之后，就可以把 Linux Bridge 作为 VETP 设备使用。VXLAN 带来了很高的灵活性、扩展性和可管理性，已经成为当前构建数据中心的主流技术，绝大多数的公有云的 VPC 都是用 VXLAN 来作为数据转发层面。