一、为什么需要Vxlan
- 虚拟机规模受到网络规格的限制，大L2网络里，报文通过查询MAC地址转发，MAC表容量限制了虚拟机的数量。
- 网络隔离的限制，普通的vlan和VPN配置无法满足动态网络调整的需求，同时配置复杂
- 虚拟器搬迁受到限制，虚拟机启动后假如在业务不中断基础上将该虚拟机迁移到另外一台物理机上去，需要保持虚拟机的IP地址和MAC地址等参数保持不变，这就要求业务网络是一个二层的网络。
二、报文格式
Outer IP头封装：源IP为发送报文的虚拟机所属的VTEP的IP地址，目的IP为目的虚拟机所属的VTEP IP地址。
2.1 目的IP
Outer的目的IP地址可以是单播和组播地址，单播的情况下，目的IP为VTEP(Vxlan Tunnel End Point）的IP地址，在多播的情况下引入VXLAN的管理层，利用VNI和IP多播组的映射来确定VTEP，映射步骤如下：
- 目标IP被替换成与源虚拟机具有相同VNI的多播组IP地址；
- 所有VTEP端都接收该多播报文，VTEP查找所在主机上的全部虚拟机来匹配源虚拟机的Inner 目的MAC。
- 目标VTEP的虚拟机会回应该多播包，从而获得目标VTEP的IP地址。
- 发送端VTEP添加VNI-VTEP-虚拟机MAC的映射关系到自己的VXLAN表中，以避免再次组播学习。
2.2 VTEP的作用
用于对VXLAN报文进行封装/解封装，包括ARP请求报文和正常的VXLAN数据报文，在一段封装报文后通过隧道向另一端VTEP发送封装报文，另一端VTEP接收到封装的报文解封装后根据封装的MAC地址进行装法。VTEP可由支持VXLAN的硬件设备或软件来实现。
三、Vxlan网络结构
VTEP为VXLAN隧道的端点，封装在NVE中，用于VXLAN报文的封装和解封装。VTEP与物理网络相连，分配的地址为物理网络IP地址。VXLAN报文中源IP地址为本节点的VTEP地址，VXLAN报文中目的IP地址为对端节点的VTEP地址，一对VTEP地址就对应着一个VXLAN隧道。
3.1 数据平面：隧道机制
VTEP为虚拟机的数据包加上了层包头，这些新的报头之有在数据到达目的VTEP后才会被去掉。中间路径的网络设备只会根据外层包头内的目的地址进行数据转发，对于转发路径上的网络来说，一个Vxlan数据包跟一个普通IP包相比，出了个头大一点外没有区别。
由于VXLAN的数据包在整个转发过程中保持了内部数据的完整，因此VXLAN的数据平面是一个基于隧道的数据平面。
3.2 控制平面：改进的二层协议
VXLAN不会在虚拟机之间维持一个长连接，所以VXLAN需要一个控制平面来记录对端地址可达情况。控制平面的表为(VNI，内层MAC，外层vtep_ip)。Vxlan学习地址的时候仍然保存着二层协议的特征，节点之间不会周期性的交换各自的路由表，对于不认识的MAC地址，VXLAN依靠组播来获取路径信息(如果有SDN Controller，可以向SDN单播获取)。
另一方面，VXLAN还有自学习的功能，当VTEP收到一个UDP数据报后，会检查自己是否收到过这个虚拟机的数据，如果没有，VTEP就会记录源vni/源外层ip/源内层mac对应关系，避免组播学习。
四、VxlanARP请求
4.1 Vxlan初始化
VM1和VM2连接到VXLAN网络(VNI)100，两个VXLAN主机加入IP多播组239.119.1.1
4.2 ARP请求
- VM1以广播的形式发送ARP请求；
- VTEP1封装报文。打上VXLAN标识为100，外层IP头DA为IP多播组(239.119.1.1)，SA为IP_VTEP1.
- VTEP1在多播组内进行多播；
- VTEP2解析接收到多播报文。填写流表(VNI, 内层mac地址，外层Ip地址)，并在本地VXLAN标识为100的范围内广播(是VXLAN的用武之地)。
- VM2对接收到的ARP请求进行响应；
4.3 ARP应答
- VM2准备ARP响应报文后向VM1发送响应报文
- VTEP2接收到VM2的响应报文后把它封装在ip单播报文中（VXLAN标识依然为100），然 后向VM1发送单播
- VTEP1接收到单播报文后，学习内层MAC到外层ip地址的映射，解封装并根据被封装内容的目的MAC地址转发给VM1
- VM1接收到ARP应答报文，ARP交互结束
五、数据传输
- ARP请求应答之后，VM1知道了VM2的Mac地址，并且要向VM2通信(注意，VM1是以TCP的方法向VM2发送数据的)。
- VTEP1 收到VM1发送数据包，用MAC地址从流表中检查VM1与VM2是否属于用一个VNI。两个VM不但位于同一个VNI中(不在同一个VNI中出网关)，并且VTEP1已经知道了VM2的所有地址信息(MAC和VTEP2_IP)。VTEP1封装新的数据包。然后交给上联交换机。
- 上联交换机收到服务器发来的UDP包，对比目的IP地址和自己的路由表，然后将数据报转发给相应的端口。
- 目的VTEP收到数据包后检查器VNI，如果UDP报中VNI与VM2的VNI一致，则将数据包解封装后交给VM2进一步处理。至此一个数据包传输完成。整个Vxlan相关的行为(可能穿越多个网关)对虚拟机来说是透明的，虚拟机不会感受传输的过程。
虽然VM1与VM2之间启动了TCP来传输数据，但数据包一路上实际是以UDP的形式被转发，两端的VTEP并不会检查数据是否正确或者顺序是否完整，所有的这些工作都是在VM1和VM2在接收到解封装的TCP包后完成的。也就是说如果说如果被UDP封装的是TCP连接，那么UDP和TCP将做为两个独立的协议栈各自工作，相互之间没有交互。
六、Vxlan网关
如果需要VXLAN网络和非VXLAN网络连接，必须使用VXLAN网关才能把VXLAN网络和外部网络进行桥接和完成VXLAN ID和VLAN ID之间的映射和路由，和VLAN一样，VXLAN网络之间的通信也需要三层设备的支持，即VXLAN路由的支持。同样VXLAN网关可由硬件和软件来实现。
6.1 Vxlan二层网关
L2网关主要解决的就是同一VNI下的VM之间的互访。
6.2 Vxlan 三层网关：
L3网关解决的就是不同VNI以及VXLAN和非VXLAN之间的互访。L3网关分为集中式网关和分布式网关，这2者的主要区别就在于L3网关是在leaf上还是在spine上。
集中式L3 GW在spine上，而分布式则是L2，L3 GW都在leaf上。当网络规模较大时，需采用分布式网关，因集中式spine的ARP表项瓶颈，并且子网流量转发绕远。分布式网关时，VTEP在leaf上。spine节点不感知VXLAN隧道。
需要注意的是当VM1和VM2在同一子网，但是挂在不同leaf上时，他们的三层网关需要配置相同的网关IP地址和MAC地址，当租户的VM位置移动时，不需要更改网关任何配置。
七、流程
案例：拓扑如下：
7.1 获取MAC地址流程（根据IP地址找MAC地址）
7.2 发数据
