VXLAN 或 Virtual Extended Local Area Network 是一种网络虚拟化技术，广泛应用于大型二层网络。源网络设备和目的网络设备之间建立逻辑VXLAN隧道，采用UDP（User Datagram Protocol）封装方式MAC，即将虚拟机发送的原始以太网报文完全封装在UDP报文中，然后在层封装物理网络的IP包头和以太网包头。这样，封装后的报文就可以像普通的IP报文一样通过路由网络进行转发。路由机翼将虚拟机从第 2 层和第 3 层网络的结构限制中完全解放出来。
为什么需要 VXLAN？
为什么需要 VXLAN？这与服务器虚拟化的趋势息息相关：一方面，虚拟机发生动态迁移，要求虚拟机的IP和MAC地址在迁移前后不能改变；
虚拟机的实时迁移
服务器虚拟化技术将物理服务器虚拟化为多个称为虚拟机 (VM) 的逻辑服务器。服务器虚拟化可以有效提高服务器利用率，降低能耗，降低运营成本，因此虚拟化技术得到广泛应用。
服务器虚拟化后，虚拟机的动态迁移就变得正常了，为了保证迁移过程中服务不中断，不仅要保持虚拟机的IP地址不变，还要保持虚拟机的运行状态machine 虚拟机迁移时的机器。它还必须保持相同的状态（例如 TCP 会话状态），以便动态虚拟机迁移只能在相同的第 2 层域中执行。但不能跨二层域迁移。
传统的三层网络架构限制了虚拟机的动态迁移范围。如下图所示，迁移只能在小范围内进行，应用受到严重限制。
传统的三层网络架构限制了虚拟机的动态迁移范围
为了打破这个限制，实现虚拟机的大规模甚至跨区域动态迁移，需要迁移中可能涉及的所有服务器都包含在同一个二层网络域中，因此可以轻松地进行 VM 的大规模迁移。
众所周知，同一个二层交换机可以实现连接的服务器之间的二层通信，当服务器从二层交换机的一个端口迁移到另一个端口时，IP地址可以保持不变。这样可以满足动态虚拟机迁移的需要。这就是 VXLAN 的设计理念和目标。
VXLAN提供了一种方法论：基于IP网络，当源端和目的端之间有通信需求时，在IP网络上创建虚拟隧道，透明转发用户数据。任何两个点都可以通过 VXLAN 隧道进行通信，而忽略底层网络的结构和细节。从服务器的角度来看，VXLAN为他们把整个骨干网虚拟成一个巨大的“二层交换机”，所有的服务器都连接到这个虚拟的二层交换机上。但是如何在基础网络中转发是这个“巨无霸”内部的事情，服务器根本不用操心。
VXLAN将整个骨干网虚拟成一个巨大的“二层交换机”
基于这个“Layer 2 Switch”模型，很容易理解为什么VXLAN现在可以实现动态VM迁移：将虚拟机从“Layer 2 Switch”的一个端口交换到另一个端口，而无需更改IP地址全部。
租户数量的增加需要能够隔离大量租户的网络
在传统的 VLAN 网络中，标准定义支持的可用 VLAN 数量只有 4000 个左右。服务器虚拟化后，一台物理服务器托管多个虚拟机，每个虚拟机都有独立的 IP 地址和 MAC 地址，服务器对应的数量成倍增加。比如公有云或者其他大型虚拟化云数据中心，往往要容纳数万甚至更多的租户，VLAN能力显然是不够的。
VXLAN如何解决以上问题？ VXLAN在VXLAN帧头中引入了一个类似于VLAN-ID的网络标识符，称为VXLAN网络标识符VNI（VXLAN网络ID）由24位组成，理论上最多可以支持1600万个VXLAN网段，从而满足大型和多样化租户之间的识别和隔离需求。
VXLAN 和 VLAN 有什么区别？
VLAN作为一种传统的网络隔离技术，标准定义的VLAN只有4000个左右，无法满足大型二层网络中租户之间的隔离要求。此外，二层VLAN范围一般较小且固定，无法支持虚拟机的大规模动态迁移。
VXLAN完美弥补了VLAN的上述不足。一方面，通过VXLAN中的24位VNI字段，提供高达1600万租户的识别能力，远大于VLAN的4000；另一方面，VXLAN本质上是由两台交换机组成，在两台交换机之间建立了一条虚拟隧道，穿越基础IP网络，基础IP网络到一个巨大的“二层交换机”，即一个大的二层网络被虚拟化了大规模动态虚拟机迁移的需求。
虽然 VXLAN 名义上是 VLAN 的扩展协议，但 VXLAN 建立虚拟隧道的能力与 VLAN 有很大的不同。
让我们介绍一下VXLAN数据包是什么样的。
VXLAN 数据包格式（例如，外部 IP 标头为 IPv4 格式）
如上图所示，VTEP对VM发送的原始以太网帧（原始L2帧）进行如下“包装”：
VXLAN Header 添加一个 VXLAN 头（8 字节），其中包含一个 24 位 VNI 字段，用于定义 VXLAN 网络中的不同租户。此外，它还包含 VXLAN 标志（8 位，值 00001000）和两个保留字段（分别为 24 位和 8 位）。