5. VXLAN Frame Format
The VXLAN frame format is shown below. Parsing this from the bottom of the frame -- above the outer Frame Check Sequence (FCS), there is an inner MAC frame with its own Ethernet header with source, destination MAC addresses along with the Ethernet type, plus an optional VLAN. See Section 6 for further details of inner VLAN tag handling.
The inner MAC frame is encapsulated with the following four headers (starting from the innermost header):
VXLAN Header: This is an 8-byte field that has:
-
Flags (8 bits): where the I flag MUST be set to 1 for a valid VXLAN Network ID (VNI). The other 7 bits (designated "R") are reserved fields and MUST be set to zero on transmission and ignored on receipt.
-
VXLAN Segment ID/VXLAN Network Identifier (VNI): this is a 24-bit value used to designate the individual VXLAN overlay network on which the communicating VMs are situated. VMs in different VXLAN overlay networks cannot communicate with each other.
-
Reserved fields (24 bits and 8 bits): MUST be set to zero on transmission and ignored on receipt.
Outer UDP Header: This is the outer UDP header with a source port provided by the VTEP and the destination port being a well-known UDP port.
-
Destination Port: IANA has assigned the value 4789 for the VXLAN UDP port, and this value SHOULD be used by default as the destination UDP port. Some early implementations of VXLAN have used other values for the destination port. To enable interoperability with these implementations, the destination port SHOULD be configurable.
-
Source Port: It is recommended that the UDP source port number be calculated using a hash of fields from the inner packet -- one example being a hash of the inner Ethernet frame's headers. This is to enable a level of entropy for the ECMP/load-balancing of the VM-to-VM traffic across the VXLAN overlay. When calculating the UDP source port number in this manner, it is RECOMMENDED that the value be in the dynamic/private port range 49152-65535 [RFC6335].
-
UDP Checksum: It SHOULD be transmitted as zero. When a packet is received with a UDP checksum of zero, it MUST be accepted for decapsulation. Optionally, if the encapsulating end point includes a non-zero UDP checksum, it MUST be correctly calculated across the entire packet including the IP header, UDP header, VXLAN header, and encapsulated MAC frame. When a decapsulating end point receives a packet with a non-zero checksum, it MAY choose to verify the checksum value. If it chooses to perform such verification, and the verification fails, the packet MUST be dropped. If the decapsulating destination chooses not to perform the verification, or performs it successfully, the packet MUST be accepted for decapsulation.
Outer IP Header: This is the outer IP header with the source IP address indicating the IP address of the VTEP over which the communicating VM (as represented by the inner source MAC address) is running. The destination IP address can be a unicast or multicast IP address (see Sections 4.1 and 4.2). When it is a unicast IP address, it represents the IP address of the VTEP connecting the communicating VM as represented by the inner destination MAC address. For multicast destination IP addresses, please refer to the scenarios detailed in Section 4.2.
Outer Ethernet Header (example): Figure 1 is an example of an inner Ethernet frame encapsulated within an outer Ethernet + IP + UDP + VXLAN header. The outer destination MAC address in this frame may be the address of the target VTEP or of an intermediate Layer 3 router. The outer VLAN tag is optional. If present, it may be used for delineating VXLAN traffic on the LAN.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Outer Ethernet Header:
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| Outer Destination MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Destination MAC Address | Outer Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|OptnlEthtype = C-Tag 802.1Q | Outer.VLAN Tag Information |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Ethertype = 0x0800 |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Outer IPv4 Header:
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|Version| IHL |Type of Service| Total Length |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Identification |Flags| Fragment Offset |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live |Protocl=17(UDP)| Header Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Source IPv4 Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Destination IPv4 Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Outer UDP Header:
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| Source Port | Dest Port = VXLAN Port |
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| UDP Length | UDP Checksum |
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VXLAN Header:
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|R|R|R|R|I|R|R|R| Reserved |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| VXLAN Network Identifier (VNI) | Reserved |
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Inner Ethernet Header:
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| Inner Destination MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Inner Destination MAC Address | Inner Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Inner Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|OptnlEthtype = C-Tag 802.1Q | Inner.VLAN Tag Information |
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Payload:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Ethertype of Original Payload | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
| Original Ethernet Payload |
| |
|(Note that the original Ethernet Frame's FCS is not included) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Frame Check Sequence:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| New FCS (Frame Check Sequence) for Outer Ethernet Frame |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Figure 1: VXLAN Frame Format with IPv4 Outer Header
The frame format above shows tunneling of Ethernet frames using IPv4 for transport. Use of VXLAN with IPv6 transport is detailed below.
0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
Outer Ethernet Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Destination MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Destination MAC Address | Outer Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Outer Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|OptnlEthtype = C-Tag 802.1Q | Outer.VLAN Tag Information |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Ethertype = 0x86DD |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Outer IPv6 Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| Traffic Class | Flow Label |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Payload Length | NxtHdr=17(UDP)| Hop Limit |
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| |
+ +
| |
+ Outer Source IPv6 Address +
| |
+ +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| |
+ +
| |
+ Outer Destination IPv6 Address +
| |
+ +
| |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Outer UDP Header:
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| Source Port | Dest Port = VXLAN Port |
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| UDP Length | UDP Checksum |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
VXLAN Header:
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|R|R|R|R|I|R|R|R| Reserved |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| VXLAN Network Identifier (VNI) | Reserved |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Inner Ethernet Header:
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| Inner Destination MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Inner Destination MAC Address | Inner Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Inner Source MAC Address |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|OptnlEthtype = C-Tag 802.1Q | Inner.VLAN Tag Information |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Payload:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Ethertype of Original Payload | |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |
| Original Ethernet Payload |
| |
|(Note that the original Ethernet Frame's FCS is not included) |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Frame Check Sequence:
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| New FCS (Frame Check Sequence) for Outer Ethernet Frame |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Figure 2: VXLAN Frame Format with IPv6 Outer Header