玩转Openvswitch第八站：Interface和Tunnel (上)

Openvswitch支持三种隧道的方式：

• gre

• vxlan

• ipsec_gre

我们先来看GRE。

GRE全称Generic Routing Encapsulation，是一种隧道协议，通过将其他协议封装在一个点对点的连接中，实现跨公网的网络互联。

如图所示，在左面数据中心的服务器Host A要访问右面数据中心的Host B。

所以Host A发出的包中源地址是A的地址10.0.1.2，目标地址是B的地址10.0.2.2。

然而两个数据中心是通过公网才能通信，所以要在Router A和Router B之间，通过互相的公网地址(172.19.20.18和172.19.20.21)建立一个GRE隧道。

从Host A发出的包先到达Router A，然后通过GRE隧道进行封装，在原来的包头上加上GRE包头，然后外层的源地址和目标地址变成了隧道两端的公网地址(172.19.20.18和172.19.20.21).。

由于外层地址是公网地址，当然可以通过Internet到达，到达Router B之后，在GRE隧道的另一端，将外层公网地址卸掉，然后将GRE包头卸掉，于是剩下了里面原本的源地址和目标地址，目标地址就是Host B的地址，于是成功到达。

当Host B将返回结果发回给Host A的时候，则走完全相反的路径就可以了。

GRE是点对点的连接，并且一个GRE端点可以有多个隧道，因而需要有一个标志位标识当前包属于哪个隧道，这就是GRE包头中的key。

我们再来看VXLAN。

VXLAN要复杂一些，主要是通过通过对L2包的打包和解包实现不同的L2网络感觉在同一个L2网络里面。

VXLAN有几个概念：

• 需要支持多播和组播，因为在VXLAN网络里面，需要这两个协议发现目标MAC地址

• VNI，全称VXLAN Network Identifier，是一个24位的ID，用于标识不同的VXLAN

• VTEP，全称VXLAN Tunnel End Point，是VXLAN隧道的两端
  

VXLAN的包头如下：

在最原始的包外面，首先加上的是VXLAN包头，里面主要就是VNI。

在VXLAN包头外面，加了一层UDP包头，目标端口和源端口都是VTEP的端口。

在UDP包头外面，加一层IP包头，目标地址和源地址都是VTEP的地址。

在IP包头的外面，加一层MAC包头，MAC层的目标和源地址，要看两个VTEP是否在同一个网段，如果在同一个网段，MAC直达，如果不是，还需要通过Gateway去转发，目标MAC就变成了Gateway的MAC地址。

如果两个VM，连接到两个VTEP上，希望通过VXLAN相互通信，并且通信的时候，两个VM需要感知他们似乎在同一个VLAN下面。

首先两个VTEP启动的时候，需要加入同一个组播组，通过IGMP协议。

当VM1要发送包给VM2的时候，一开始VM1只知道VM2的IP地址，但是不知道VM2的MAC地址，如果他们在同一个VLAN里面，发现MAC地址这件事情，需要通过ARP协议，以广播的方式在VLAN里面询问，而是这个IP地址的机器VM2，会将MAC地址发送出来，于是VM1才能知道VM2的MAC地址。

既然按上面所述，VM1和VM2需要感觉上，他们是在同一个VLAN里面的，于是VM1就像原来一样发送了ARP请求。

ARP请求到达了VTEP1，VTEP1知道VM1不是在一个VLAN里面，而是在一个VXLAN里面，而且VM2也不归自己管，所以只好将ARP包通过VXLAN包头封装起来，然后通过组播，将ARP请求发送到所有的VTEP。

VTEP2知道VM2归自己管，于是将组播接收下啦，将VXLAN包头卸掉，将里面的ARP包发送给VM2，VM2看到ARP包，以为同一个VLAN里面的虚拟机在询问自己的MAC地址，于是将自己的MAC地址发送出来。

VTEP2将ARP的结果封装VXLAN包头后发送给VTEP1，VTEP1将VXLAN包头卸掉后，将ARP的结果发送给VM1，VM1收到后感觉像从同一个VLAN里面发出来的一样。

在整个过程中，VTEP1和VTEP2都学习到了一条知识，就是VM1的MAC归VTEP1管，VM2的MAC归VTEP2管，以后两个VM通信的时候，不需要再组播问某个VM归谁管了，直接发送就可以了。

当双方知道了MAC地址以后，两个VM之间的交互和GRE就很像了。

内部的IP和MAC地址被封装起来，外面加上VTEP的IP和MAC地址，发送到另一端后，再把外层卸下来，发送给对端的VM。

最后下一节我们来看IPSec隧道。