Tungsten Fabric架構解析丨詳解vRouter體

Hi！歡迎來到Tungsten Fabric架構解析內容的第三篇，本文將詳細介紹Tungsten Fabric vRouter的體系結構。
Tungsten Fabric架構解析系列文章，由TF中文社區為你呈現，旨在幫助初入TF社區的朋友答疑解惑。我們將系統介紹TF有哪些特點、如何運作、如何收集/分析/部署、如何編排、如何連接到物理網絡等話題。

先來看一張Tungsten Fabric vRouter功能組件的概念視圖。

vRouter代理在主機操作系統的用戶空間中運行，而轉發器可以是內核模塊，在使用DPDK時在用戶空間中運行，或者在可編程網絡接口卡（也稱為“智能NIC”）中運行。這些選項在后續文章中有更詳細的描述，這里說明了更常用的內核模塊模式。

代理與控制器保持會話，并發送其需要的VRF、路由和訪問控制列表（ACL）的信息。代理將信息存儲在自己的數據庫中，并使用該信息配置轉發器。接口連接到VRF，每個VRF中的轉發信息庫（FIB）都配置有轉發條目。

每個VRF都有自己的轉發表和流表，然而MPLS和VXLAN表在vRouter中是全局的。轉發表包含目的地的IP和MAC地址的路由，并且IP到MAC關聯用于提供代理ARP功能。當VM接口啟動時，vRouter選擇MPLS表中的標簽值，并且這些值僅對該vRouter本地有效。

在一個Tungsten Fabric域內，對于不同vRouters中同一虛擬網絡的所有VRF來說，VXLAN網絡標識符是全局的。

每個虛擬網絡都有一個分配給它的默認網關地址，并且每個VM或容器接口都會在初始化時獲得的DHCP響應中接收該地址。當工作負載將數據包發送到其子網外的地址時，它將為與網關IP的IP地址對應的MAC進行ARP，并且vRouter以其自己的MAC地址進行響應。

因此，vRouters支持所有虛擬網絡的完全分布式默認網關功能。

詳細的vRouter數據包處理邏輯

流出VM和流入VM的數據包的邏輯詳細信息略有不同，以下兩張圖和說明中對此進行了描述。

當從VM通過虛擬接口發送數據包時，轉發器接收該數據包后，首先檢查接口所在的VRF流表中是否存在與數據包的五元組（包括協議、源和目標IP地址、源和目標TCP或UDP）匹配的條目。

如果這是流中的第一個數據包，則不會有條目，轉發器通過pkt0接口將該數據包發送給代理。代理根據VRF路由表和訪問控制列表確定流的操作，并使用結果更新流表。動作可以是DROP、FORWARD、NAT或MIRROR。

如果要轉發數據包，轉發器將檢查目標MAC地址是否是其自己的MAC地址，如果VM在目標位于VM的子網外時將數據包發送到默認網關。在這種情況下，將在IP轉發表中查找目的地的下一跳，否則將使用MAC地址用于查找。雖然在計算節點內，但vRouter在這里執行物理路由器的IRB（集成路由和橋接）功能。

當數據包從物理網絡到達時，vRouter首先檢查數據包是否具有支持的封裝。如果不是，則將數據包發送到主機操作系統。

對于基于UDP的MPLS和基于GRE的MPLS，標簽直接標識VM接口，但VXLAN需要由VLAN網絡標識符（VNI）標識的VRF中查找內部報頭中的目標MAC地址。

一旦識別出接口，如果沒有為接口設置策略標志（指示允許所有協議和所有TCP / UDP端口），則vRouter可以立即轉發數據包。否則，使用五元組來查找流表中的流，并使用與針對傳出分組所描述的邏輯相同的邏輯。

相同子網虛擬機之間的數據包流

當VM中的應用程序首先將數據包發送到另一個VM時，發生的操作順序如下圖所示。

起點是兩個VM均已啟動，并且控制器已將L2（MAC）和L3（IP）路由發送到兩個vRouter，以啟用VM之間的通信。發送VM前尚未將數據發送到其他的VM，因此之前沒有通過DNS解析目標名稱。

1. VM1需要向VM2發送數據包，因此首先查找自己的DNS緩存以獲取IP地址，但由于這是第一個數據包，因此沒有條目。
2. VM1在其接口啟動時向DHCP響應中提供的DNS服務器地址發送DNS請求。
3. vRouter捕獲DNS請求并將其轉發到在Tungsten Fabric控制器中運行的DNS服務器。
4. 控制器中的DNS服務器以VM2的IP地址響應。
5. vRouter將DNS響應發送給VM1。
6. VM1需要形成以太網幀，因此需要VM2的MAC地址，它會檢查自己的ARP緩存，但沒有條目，因為這是第一個數據包。
7. VM1發出ARP請求。
8. vRouter捕獲ARP請求，并在其自己的轉發表中查找IP-VM2的MAC地址，并在控制器為VM2發送的L2 / L3路由中找到關聯。
9. vRouter使用VM2的MAC地址向VM1發送ARP回復。
10. VM1的網絡堆棧中發生TCP超時。
11. VM1的網絡堆棧重試發送數據包，這次在ARP緩存中找到VM2的MAC地址，并可以形成以太網幀并將其發送出去。
12. vRouter查找VM2的MAC地址并找到封裝路由，vRouter構建外部頭部，并將結果數據包發送到S2。
13. S2上的vRouter對數據包進行解封裝，并查找MPLS標簽以識別將原始以太網幀發送到的虛擬接口，以太網幀被發送到接口并由VM2接收。

不同子網虛擬機之間的數據包流

將數據包發送到不同子網中的目標時，順序是相同的，只是vRouter作為默認網關響應。VM1將在以太網幀中發送數據包，其中包含默認網關的MAC地址，其IP地址是在VM1啟動時vRouter提供的DHCP響應中提供的。

當VM1對網關IP地址發出ARP請求時，vRouter將使用自己的MAC地址進行響應。當VM1使用該網關MAC地址發送以太網幀時，vRouter使用幀內數據包的目的IP地址在VRF中查找轉發表以查找路由，該路由將通過封裝隧道連接到正在運行目標的主機。

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