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5. VXLAN Frame Format (VXLAN 帧格式)

VXLAN 帧格式如下所示。从帧的底部开始解析——在外部帧校验序列 (Frame Check Sequence, FCS) 之上, 有一个内部 MAC 帧, 该帧具有自己的以太网头部, 包含源、目的 MAC 地址以及以太网类型, 还有一个可选的 VLAN。有关内部 VLAN 标签处理的更多详细信息, 请参见第 6 节。

内部 MAC 帧使用以下四个头部进行封装 (从最内层头部开始):

VXLAN Header (VXLAN 头部): 这是一个 8 字节字段, 包含:

  • Flags (标志, 8 位): 其中 I 标志对于有效的 VXLAN 网络 ID (VNI) 必须 (MUST) 设置为 1。其他 7 位 (标记为 "R") 是保留字段, 在传输时必须 (MUST) 设置为零, 在接收时忽略。

  • VXLAN Segment ID/VXLAN Network Identifier (VNI) (VXLAN 段 ID/VXLAN 网络标识符): 这是一个 24 位值, 用于指定通信虚拟机所在的各个 VXLAN 覆盖网络。不同 VXLAN 覆盖网络中的虚拟机无法相互通信。

  • Reserved fields (保留字段, 24 位和 8 位): 在传输时必须 (MUST) 设置为零, 在接收时忽略。

Outer UDP Header (外部 UDP 头部): 这是外部 UDP 头部, 源端口由 VTEP 提供, 目的端口是一个众所周知的 UDP 端口。

  • Destination Port (目的端口): IANA 已为 VXLAN UDP 端口分配了值 4789, 该值应该 (SHOULD) 默认用作目的 UDP 端口。一些早期的 VXLAN 实现对目的端口使用了其他值。为了实现与这些实现的互操作性, 目的端口应该 (SHOULD) 是可配置的。

  • Source Port (源端口): 推荐 (RECOMMENDED) 使用来自内部数据包字段的哈希来计算 UDP 源端口号——一个例子是内部以太网帧头部的哈希。这是为了为跨 VXLAN 覆盖的虚拟机到虚拟机流量的 ECMP/负载均衡提供一定程度的熵。以这种方式计算 UDP 源端口号时, 推荐 (RECOMMENDED) 该值在动态/私有端口范围 49152-65535 [RFC6335] 内。

  • UDP Checksum (UDP 校验和): 应该 (SHOULD) 作为零传输。当接收到 UDP 校验和为零的数据包时, 必须 (MUST) 接受该数据包以进行解封装。可选地, 如果封装端点包括非零 UDP 校验和, 则必须 (MUST) 在整个数据包 (包括 IP 头部、UDP 头部、VXLAN 头部和封装的 MAC 帧) 上正确计算。当解封装端点接收到具有非零校验和的数据包时, 它可以 (MAY) 选择验证校验和值。如果它选择执行此类验证, 并且验证失败, 则必须 (MUST) 丢弃该数据包。如果解封装目的地选择不执行验证, 或成功执行验证, 则必须 (MUST) 接受该数据包以进行解封装。

Outer IP Header (外部 IP 头部): 这是外部 IP 头部, 源 IP 地址指示通信虚拟机 (由内部源 MAC 地址表示) 正在其上运行的 VTEP 的 IP 地址。目的 IP 地址可以是单播或组播 IP 地址 (参见第 4.1 节和第 4.2 节)。当它是单播 IP 地址时, 它表示连接由内部目的 MAC 地址表示的通信虚拟机的 VTEP 的 IP 地址。对于组播目的 IP 地址, 请参阅第 4.2 节中详述的场景。

Outer Ethernet Header (外部以太网头部, 示例): 图 1 是在外部以太网 + IP + UDP + VXLAN 头部内封装的内部以太网帧的示例。此帧中的外部目的 MAC 地址可以是目标 VTEP 的地址或中间第 3 层路由器的地址。外部 VLAN 标签是可选的。如果存在, 它可用于在 LAN 上描绘 VXLAN 流量。

 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 = 0x0800            |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Outer IPv4 Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|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:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Source Port         |       Dest Port = VXLAN Port  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           UDP Length          |        UDP Checksum           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

VXLAN Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|R|R|R|R|I|R|R|R|            Reserved                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                VXLAN Network Identifier (VNI) |   Reserved    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Inner Ethernet Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|             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:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|   New FCS (Frame Check Sequence) for Outer Ethernet Frame     |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

         Figure 1: VXLAN Frame Format with IPv4 Outer Header

上面的帧格式显示了使用 IPv4 进行传输的以太网帧隧道。使用 IPv6 传输的 VXLAN 的详细信息如下所示。

 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   |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
+                                                               +
|                                                               |
+                     Outer Source IPv6 Address                 +
|                                                               |
+                                                               +
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                                                               |
+                                                               +
|                                                               |
+                  Outer Destination IPv6 Address               +
|                                                               |
+                                                               +
|                                                               |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Outer UDP Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           Source Port         |       Dest Port = VXLAN Port  |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|           UDP Length          |        UDP Checksum           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

VXLAN Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|R|R|R|R|I|R|R|R|            Reserved                           |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|                VXLAN Network Identifier (VNI) |   Reserved    |
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

Inner Ethernet Header:
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|             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
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