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這次分享介紹Flannel中的vxlan backend，包含兩方面內容：

?????? 深入理解內核中的VXLAN原理：使用iproute2和bridge等原生工具來搭建一個基于VXLAN的Overlay網絡。

?????? 理解Flannel使用vxlan backend時的工作原理：有了前面對內核VXLAN原理的理解，通過分析Flannel部分源碼來從根本上掌握其vxlan backend的原理。

一、VXLAN的原理

? ? ? ? Virtual eXtensible Local Area Network（VXLAN）是一個在已有的3層物理網絡上構建2層邏輯網絡的協議。

?????? 在2012年底的v3.7.0之后，Linux Kernel加入了VXLAN協議支持，作者：Stephen Hemminger，所以如果要使用Linux Kernel中的VXLAN支持，最低內核版本3.7+（推薦3.9+）。

?????? Stephen Hemminger同時也實現了iproute2、bridge等工具，用以管理Linux中復雜的網絡配置，目前在絕大多數Linux發行版中都是默認支持的。

?????? VXLAN本質上是一種tunnel（隧道）協議，用來基于3層網絡實現虛擬的2層網絡。泛泛地說，tunnel協議有點像今天電話會議，通過可視電話連接不同的會議室讓每個人能夠直接交談，就好像坐在一個會議室里一樣。很多tunnel協議，如GRE也有類似VXLAN中VNI的用法。

????? tunnel協議的另外一個重要的特性就是軟件擴展性，是軟件定義網絡（Software-defined Network，SDN）的基石之一。

????? Flannel中有兩個基于tunnel協議的backend：UDP（默認實現）和VXLAN，本質上都是tunnel協議，區別僅僅在于協議本身和實現方式。

?????? 這里順便提一句：tunnel協議在比較老的內核中已經有支持，我印象中v2.2+就可以使用tunnel來創建虛擬網絡了，因此UDP backend適合在沒有vxlan支持的linux版本中使用，但性能會相比vxlan backend差一些。

?以上是一些背景介紹，下面開始介紹VXLAN的內核支持

圖1. VXLAN可以在分布多個網段的主機間構建2層虛擬網絡

圖2. VXLAN基本原理：套路還是tunnel那一套，區別僅僅在于tunnel協議本身的實現

?????? 為了說明圖1和圖2中談到的VXLAN原理，這里在兩臺不同網段的VPS上手動搭建一個Overlay Network，并在兩個節點上分別運行了Docker Container，當我們看到容器之間使用虛擬網絡的IP完成直接通信時，實驗就成功了。

圖3 手動搭建vxlan虛擬網絡的網絡拓撲

圖3中提到一個VTEP的概念，全稱VXLAN Tunnel Endpoint，本質上就是前面提到的tunnel中的endpoint

現在正式開始手動搭建圖 3中的虛擬網絡

第一步、創建docker bridge

?????? 默認的docker bridge地址范圍是172.17.0.1/24（比較老的版本是172.17.42.1/24），而本實驗中兩個節點node1和node2的子網要求分別為: 192.1.78.1/24，192.1.87.1/24 。

????? 修改docker daemon啟動參數，增加以下參數后重啟docker daemon：

node1: --bip=192.1.78.1/24

node2: --bip=192.1.87.1/24

?????? 這時node1和node2的容器之間還不能直接通信， node1也不能跨主機和node2上的容器直接通信，反之node2也無法直接和node1上的容器通信.。

第二步、創建VTEPs

在node1上執行以下命令：

PREFIX=vxlan

IP=$external-ip-of-node-1

DESTIP=$external-ip-of-node-2

PORT=8579

VNI=1

SUBNETID=78

SUBNET=192.$VNI.0.0/16

VXSUBNET=192.$VNI.$SUBNETID.0/32

DEVNAME=$PREFIX.$VNI

ip link delete $DEVNAME

ip link add $DEVNAME type vxlan id $VNI dev eth0 local $IP dstport $PORT nolearning

echo '3' > /proc/sys/net/ipv4/neigh/$DEVNAME/app_solicit

ip address add $VXSUBNET dev $DEVNAME

ip link set $DEVNAME up

ip route delete $SUBNET dev $DEVNAME scope global

ip route add $SUBNET dev $DEVNAME scope global

node2上執行以下命令：

PREFIX=vxlan

IP=$external-ip-of-node-2

DESTIP=$external-ip-of-node-1

VNI=1

SUBNETID=87

PORT=8579

SUBNET=192.$VNI.0.0/16

VXSUBNET=192.$VNI.$SUBNETID.0/32

DEVNAME=$PREFIX.$VNI

ip link delete $DEVNAME

ip link add $DEVNAME type vxlan id $VNI dev eth0 local $IP dstport $PORT nolearning

echo '3' > /proc/sys/net/ipv4/neigh/$DEVNAME/app_solicit

ip -d link show

ip addr add $VXSUBNET dev $DEVNAME

ip link set $DEVNAME up

ip route delete $SUBNET dev $DEVNAME scope global

ip route add $SUBNET dev $DEVNAME scope global

第三步、為VTEP配置forward table

# node1

$ bridge fdb add $mac-of-vtep-on-node-2 dev $DEVNAME dst $DESTIP

#?node2

$ bridge fdb add $mac-of-vtep-on-node-1 dev $DEVNAME dst $DESTIP

第四步、配置Neighbors，IPv4中為ARP Table

# node1

$ ip neighbor add $ip-on-node-2 lladdr $mac-of-vtep-on-node-2 dev vxlan.1

# node2

$ ip neighbor add $ip-on-node-1 lladdr $mac-of-vtep-on-node-1 dev vxlan.1

????? 注意：ARP表一般不會手動更新，在VXLAN的實現中由對應的Network Agent監聽L3 MISS來動態更新；這里手動添加ARP entry僅僅是為了測試；另外，如果跨主機訪問多個IP，每個跨主機的IP就都需要配置對應的ARP entry。

????? 以上操作都需要root權限，完成后整個Overlay Network就搭建成功了，下面通過測試兩種連通性來總結本實驗：

node1容器與node2上的容器直接通信（容器與跨主機容器間直接通信）

node1與node2上容器直接通信；node2與node1上容器直接通信（主機和跨主機容器之間通信）

????? 先看容器與跨主機容器間直接通信的測試。

現在node1和node2上分別起一個busybox：

node1$ docker run -it --rm busybox sh

node1$ ip a

1: lo: mtu 65536 qdisc noqueue qlen 1

link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00

inet 127.0.0.1/8 scope host lo