QinQ vs. VLAN vs. VXLAN
Autor Yana
Fecha 08/10/2023
La tecnología VLAN (red de área local virtual) elimina las restricciones de distancia y ubicación física, agilizando la gestión de la red. Sin embargo, a medida que crece el número de dispositivos y usuarios en redes a gran escala, VLAN se enfrenta a limitaciones con un máximo de 4094 VLANs y una utilización ineficiente de los enlaces de red. Para superar estos desafíos, han surgido las tecnologías VXLAN (LAN extensible virtual) y QinQ. Este artículo ilustrará y comparará estas tres tecnologías. En este artículo, estas tres tecnologías, QinQ vs. VLAN vs. VXLAN, se ilustrarán y compararán.
Descripción general de VLAN, VXLAN y QinQ
¿Qué es VLAN (LAN virtual)?
VLAN es una tecnología que divide una red en múltiples dominios de difusión. Dentro de cada dominio de difusión, los usuarios pueden comunicarse libremente. Cuando se trata de establecer conexiones entre VLAN distintas, hay dos conceptos fundamentales que comprender: etiquetado VLAN y enrutamiento inter-VLAN.
El etiquetado VLAN implica agregar un identificador único a las tramas a medida que pasan por los puertos troncales VLAN, lo que permite que las tramas de diferentes VLAN pasen. Uno de los métodos de etiquetado es IEEE 802.1Q. La configuración de VLANs es sencilla y fácil de usar, tanto a través de CLI (interfaz de línea de comandos) como de interfaces de usuario basadas en web.
¿Qué es QinQ（802.1Q-in-802.1Q)？
QinQ, también denominado apilamiento de VLAN o VLAN doble, está estandarizado bajo IEEE 802.1ad. Consiste en encapsular la etiqueta VLAN con dos capas—una etiqueta interna de la red privada y una etiqueta externa de la red pública. Q-in-Q se utiliza ampliamente en las redes troncales de operadores. Al envolver la etiqueta VLAN de una red privada dentro de la etiqueta VLAN de una red pública, QinQ permite que los paquetes con doble etiqueta VLAN naveguen a través de la red troncal de un operador (que es la red pública). Este mecanismo amplía la capacidad de VLAN disponible y facilita una gestión de usuarios más precisa.
El estándar IEEE 802.1Q especifica un campo de ID de VLAN de 12 bits que permite identificar hasta 4096 VLAN. Sin embargo, a medida que las redes siguen expandiéndose, esta limitación se ha vuelto cada vez más restrictiva. En respuesta, IEEE 802.1ad, una extensión del estándar 802.1Q, introduce una etiqueta 802.1Q adicional (denominada etiqueta VLAN) en los paquetes originalmente etiquetados con 802.1Q. Esta innovación amplía el número potencial de VLAN a 4094 x 4094. Estos paquetes con doble etiqueta se denominan paquetes QinQ.
Los paquetes QinQ siguen una estructura estandarizada. Normalmente, un paquete etiquetado 802.1Q está anidado dentro de una etiqueta 802.1Q adicional, de ahí el término "QinQ". A medida que los paquetes atraviesan la red, se enrutan dentro de la red pública según la etiqueta VLAN externa. La etiqueta VLAN interna se trata como datos y atraviesa la red pública junto con ellos. Esta configuración de doble etiqueta hace que los paquetes QinQ tengan cuatro bytes adicionales en comparación con los paquetes VLAN etiquetados 802.1Q estándar.
Hay dos tipos principales de implementaciones QinQ: QinQ básico y QinQ selectivo.
QinQ básico utiliza un enfoque de etiquetado basado en puertos. Cuando un paquete llega a una interfaz con VLAN VPN habilitada, el switch etiqueta el paquete con su etiqueta VLAN predeterminada. Tanto si el paquete entrante ya está etiquetado como si no, el resultado es el mismo. Si ya está etiquetado, tendrá etiquetas VLAN dobles; si no, tendrá una etiqueta VLAN con el puerto del switch.
Selective QinQ incluye las capacidades de QinQ básico, al tiempo que introduce un mayor nivel de flexibilidad. Identifica la etiqueta VLAN interna de un paquete en función de la dirección MAC, el protocolo IP, la dirección IP de origen y la etiqueta VLAN, y luego determina qué etiqueta debe añadirse.
¿Qué es VXLAN (Virtual Extensible LAN)?
VXLAN, también conocida como Virtual Extensible LAN, es una tecnología que permite crear redes superpuestas de capa 2 sobre una red de capa 3 utilizando encapsulación MAC address-in-user datagram protocol (MAC-in-UDP). En el centro de datos, VXLAN está emergiendo como el protocolo dominante para crear redes superpuestas que se sitúan sobre la red física, lo que facilita la implementación de redes virtuales. Al aprovechar el protocolo VXLAN, las redes de centros de datos pueden virtualizarse eficazmente, a la vez que satisfacen las necesidades de los centros de datos multiinquilino al proporcionar amplias capacidades de segmentación a escala. En esencia, VXLAN proporciona servicios similares a VLAN, pero con mayor extensibilidad y flexibilidad. Al igual que QinQ, los paquetes VXLAN siguen un formato coherente. Mediante la encapsulación VXLAN MAC-in-UDP, los paquetes originales reciben una cabecera VXLAN y luego se colocan dentro de un paquete IP UDP. Aquí hay un diagrama sencillo para ilustrar el concepto.
Encabezado VXLAN: Consta de un Identificador de Red Virtual (VNID) de 24 bits que se utiliza para identificar segmentos de Capa 2 y mantener el aislamiento de Capa 2 entre ellos. Los 24 bits dentro del VNID definen el máximo de 16 millones de segmentos LAN que VXLAN puede admitir.
Encabezado UDP externo: El VTEP (VXLAN Tunnel Endpoint) asigna el puerto de origen dentro del encabezado UDP, y el puerto de destino suele ser el puerto UDP 4789.
Encabezado IP externo: Contiene una dirección IP de origen asociada con el VTEP de origen y correlacionada con el origen de la trama interna.
Encabezado Ethernet externo: La dirección MAC de origen dentro del encabezado Ethernet externo corresponde al VTEP vinculado con el origen de la trama interna.
El QSFPTEK Los switches de capa 3 de las series S5600 y S7600 admiten VXLAN y otras funciones de centro de datos diseñadas para ofrecer un alto rendimiento.
Las diferencias entre QinQ, VLAN y VXLAN
Las VLAN se han utilizado para abordar varios problemas, incluida la aislación de redes de Capa 2, la prevención de inundaciones y su función como interfaces de enrutamiento. La capacidad de admitir VLAN ahora está ampliamente disponible en sistemas y dispositivos de red como switches Ethernet, routers y firewalls. Sin embargo, el enfoque de este documento se centra principalmente en el etiquetado de VLAN. El etiquetado de VLAN desempeña un papel clave para facilitar la comunicación entre diferentes VLAN.
Como se mencionó anteriormente, el etiquetado VLAN utiliza el protocolo IEEE 802.1Q o ISL (Inter-Switch Link) para adjuntar etiquetas a las tramas que atraviesan diferentes VLAN. Las tramas sujetas a este método de etiquetado llevan una sola etiqueta. En cambio, la tecnología QinQ ofrece mayor flexibilidad que VLAN. Esto se evidencia en su capacidad para etiquetar selectivamente tramas o paquetes entrantes. Además, la etiqueta VLAN externa aborda eficazmente las limitaciones de los ID de VLAN finitos. Al mismo tiempo, la etiqueta interna única mitiga los conflictos entre los ID de VLAN privados y públicos, proporcionando una solución VPN de capa 2 sencilla adecuada tanto para redes empresariales pequeñas como grandes.
En términos de VXLAN, ofrece una funcionalidad similar a QinQ hasta cierto punto, pero su capa operativa ofrece mayor extensibilidad. VXLAN utiliza encapsulación MAC-in-UDP, lo que amplía considerablemente el alcance de las redes de capa 2. Con el desarrollo de la computación en la nube, los requisitos de infraestructura de red de los inquilinos se han vuelto más exigentes, especialmente en los centros de datos virtualizados. Este fenómeno aumenta la necesidad de redes de capa 2 robustas.
La implementación MAC-in-UDP admite el uso de VNID de 24 bits, lo que facilita alojar múltiples inquilinos dentro de un único centro de datos, al tiempo que supera las limitaciones de distancia física y las barreras de implementación. Como resultado, las VXLAN han ganado terreno en entornos de computación en la nube y virtualización en los últimos años. Sin embargo, en comparación con VLAN y QinQ, la tecnología VXLAN es más costosa y compleja. Como resultado, no todos los switches VLAN incluyen esta funcionalidad.
Conclusión
QinQ frente a VLAN frente a VXLAN: cada tecnología satisface requisitos de red únicos. QinQ destaca en el apilamiento y la extensión de VLAN. VLAN organiza redes, mientras que VXLAN escala mediante MAC-in-UDP. La elección depende de los detalles específicos: QinQ ofrece VLAN avanzadas, VLAN es básica y VXLAN ofrece virtualización versátil. A medida que la tecnología VLAN y las redes de capa 2/3 evolucionan, las soluciones avanzadas como QinQ y VXLAN abordan los desafíos actuales y mejoran la eficiencia para el futuro.
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