数据中心通信网络VXLAN设计与实现

摘要

当今，云计算大数据业务发展迅速，数据集中化与虚拟化技术已经得到广泛运用，与此同时数据中心的建设规模也与日俱增。因此对二层网络区域范围影响愈加重要。在数据中心之间部署大二层网络对虚拟机动态移动等技术也有所要求。为了解决通过虚拟局域网VLAN对当前大量租户的数量有很大局限性的问题，Cisco和VM Ware等研发公司提出了解决方案:可扩展性虚拟局域网VXLAN，它是以L2 over L3中一种协议技术方案。VXLAN协议是一种新思维通信技术，称为大二层网络技术，它可以满足当代数据中心网络的需求。
　　VXLAN协议实现方法是在报文的IP头上封装一个二层报文，这样可以实现报文可穿越传统的IP网络目的。该技术提出可跨数据中心建立多租户隔离式的广播域功能，不仅如此还可以让用户新建边界弹性化逻辑的且可穿越物理通信网络的边缘。
　　针对上述状况，本论文阐述了VXLAN协议相关技术同时对实现方案进行了分析。在VXLAN通信网络环境中，VM虚拟终端发送的数据包，首先将会被当前连接端的VTEP设备接收到之后将这个数据包封装成VXLAN协议数据包，发送至传统IP网络，最后在目的VM端所连接的VTEP设备上解封装后生成原始数据包，转发给目的虚拟终端VM上。VXLAN协议网络的功能实现都是在VTEP设备上完成，因此本论文所设计的系统是运行在VTEP设备之中。VTEP设备上的Vsi、Ac、Tunnel等相关数据，都在该系统中得以储存。在系统运行过程中，内核转发模块主要使甩了内核配置模块中相关数据同时处理VTEP设备接收到的本地和远端数据报文，完成了对数据报文相应的封装、转发、泛洪、丢弃等操作。
　　在系统检测中，通过在系统终端输入命令行的方式进行有需求的创建，完成了对整个虚拟化通信网络的搭建。通过对本端二层数据报文进行加封装，对封装后的二层数据报文进行报文转发以及对到达目的端的二层数据报文解封装后将原始报文进行目的VM虚机的发送。整个过程实现了通过网络连接的两个二层网络之间的互通。
　　论文首先介绍了VXLAN通信协议的的研究背景和现状，同时也阐述了VXLAN技术比其他技术的优势所在。其次，介绍了VXLAN通信协议的报文结构和一些情况下的组网方式，再次，把实现VXLAN通信协议的系统分为用户态VXLAN处理模块、内核态配置模块和转发模块，并详细分析了各大模块的结构和实现方法。最后，介绍了VXLAN通信协议的运行环境、硬件要求、功能测试和环境测试情况，重点论述了系统配置部分，包括准备、检查、调试。
　　实现整个系统之后，对该系统的每个功能分别进行了操作检测，检测结果与预期基本一致，达到了设计系统时的目的。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题研究背景

1．2 国内外现状

1．2．1 传统通信网络面临的问题

1．2．2 解决问题的新思路

1．3 论文的主要研究内容

1．4 论文的结构分布

第2章 VXLAN通信技术

2．1 简介

2．2 网络模型

2．3 报文封装格式

2．4 协议执行机制

2．4．1 建立VXLAN与其隧道关联

2．4．2 辨别报文从属VXLAN

2．4．3 学习MAC地址

2．4．4 接入模式

2．4．5 隧道工作模式

2．4．6 转发单播流量

2．4．7 泛洪流量转发

2．4．8 ARP泛洪流量的抑制

2．5 本章小结

第3章 系统分析设计

3．2 总体结构

3．3 本章小结

第4章 系统分析实现

4．1．1 侦听处理分发模块

4．1．2 数据维护模块

4．1．3 通告模块

4．1．4 下发内核模块

4．2 内核态模块

4．2．1 内核配置模块

4．2．2 内核转发模块

4．3 本章小结

第5章 系统分析测试

5．1 配置方法步骤

5．2 测试工具和环境

5．3 组网环境搭建

5．4 配置环境实现

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献