思科與VMware在本月提出的虛擬可擴展VLAN（Virtual Extensible VLAN，VXLAN）標準將創建一個邏輯網絡（或擴展VLAN），支持地理分散的數據中心之間實現遠距離虛擬機（VM）遷移。VXLAN最終會實現多租戶云網絡所需要的遠距離分割支持。

思科與VMware已經合作將VXLAN標準整合到產品中，但是這個由思科、VMware、Arista網絡、Broadcom公司、Citrix系統和紅帽等公司共同制定的VXLAN草案仍然有待互聯網工程工作小組（IETF）標準化。

為什么需要VXLAN標準？

VLAN很早就被用來分隔數據流，但是IEEE 802.1Q VLAN規范僅支持4,094個VLAN標識符。一個頂級機架交換機可能會連接40多臺服務器。每一臺服務器可能運行多個VM，每一個VM都會與多個VLAN通信。而數據中心可能包含許多個機架交換機，所以VLAN總數可能會超過4,094。此外，由一個應用程序組成的VM可能位于地理位置不同的數據中心。這些VM必須通過2層網絡連接，所以VLAN標識符必須在地理上保證唯一性。

VXLAN標準實現應用程序數據分離

這個RFC草案所描述的VXLAN標準使用一個名為VXLAN網絡標識符（VNI）的24位標識符，將與應用程序關聯的VLAN分組到一個片段中。每一個管理域能夠定義多達1600萬個VNI，而每一個VNI可能最多包含4,094個VLAN。客戶數據會保證分離，因為只有運行在同一個VNI的VM可以進行通信。

對VM可見的2層網絡是通過3層網絡的UDP數據報文進行傳輸的。這使數據中心可以在不同的IP子網中運行。VM只能訪問2層網絡，所以應用程序中的VM可以從一個數據中心遷移到另一個數據中心，而不需要對重新分配VM或者其他應用程序的VM可見。

VXLAN環境中的VM通信

VM軟件不需要修改就能夠在一個VXLAN環境中運行。通過一個虛擬通道終端（VTEP），就可以將VNI分配給服務器上所運行的VM。VTEP位于服務器的虛擬機管理程序上，負責生成指定VNI及進行3層網絡通信的頭信息。

為了與片段中其他的VM進行通信，VM會創建與非VXLAN和非虛擬環境相同的數據包。數據包由標準MAC幀及以太網頭信息、源與目標MAC地址和以太網類型構成。如果VM使用多個VLAN，則會加入一個VLAN標記。

然后，支持VM的VTEP將數據包封閉在一個8位VXLAN頭信息中。這個頭信息包含一位VXLAN標記，而24位VNI以及另外39位則保留為將來使用。返回的數據包會封裝在一個UDP數據包中。目標IP地址是一個VTEP地址，數據包可以到達這個地址。源IP是發送端VTEP的地址。

最后，數據包被封裝在一個外在以太網數據包中，它帶有目標服務器或轉發數據包的路由器的目標MAC。

VM之間的通信需要IP多路廣播技術支持

當VM與其他VM進行通信時，它運行的環境與非VXLAN環境類似。如果目標子網位于同一個子網，它會為目標生成一個ARP請求廣播。如果它們位于不同的子網，它會向第一跳路由器發出一個ARP。VTEP在VXLAN和UDP頭信息封裝了ARP請求，然后將廣播數據包發到通信VM所在的VXLAN片段的關聯IP多路廣播分組。

支持目標VM的VTEP會去掉UDP和VXLAN頭信息。將這個ARP請求發送到VM，然后由它響應這個請求。當響應到達源VTEP和VM時，VTEP和VM都會獲得需要進行通信的IP和MAC地址。后續的通信會在VTEP之間進行傳輸，而不需要使用多路廣播。

在其他一些情況下，VM需要進行VXLAN環境以外的通信。VXLAN網關會取下VXLAN和UDP的頭信息，將這個數據包轉發到VM所發數據包的目標MAC上。無論是源VM或是目標設備都需要在修改之后才可參與這個交互。而VXLAN網站可以在軟件、交換機或路由器上實現。