QinQ vs. VLAN vs. VXLAN
Autore Yana
Data 08/10/2023
La tecnologia VLAN (virtual local area network) elimina le restrizioni di distanza e posizione fisica, semplificando la gestione della rete. Tuttavia, con l'aumento del numero di dispositivi e utenti nelle reti su larga scala, VLAN presenta limitazioni con un massimo di 4094 VLAN e un utilizzo inefficiente dei collegamenti di rete. Per superare queste sfide, sono emerse le tecnologie VXLAN (virtual extensible LAN) e QinQ. Questo articolo illustrerà e confronterà queste tre tecnologie. In questo articolo, queste tre tecnologie, QinQ vs. VLAN vs. VXLAN, saranno illustrate e confrontate.
Panoramica di VLAN, VXLAN e QinQ
Che cos'è VLAN (Virtual LAN)?
VLAN è una tecnologia che divide una rete in più domini di broadcast. All'interno di ciascun dominio di broadcast, gli utenti possono comunicare liberamente. Quando si tratta di stabilire connessioni tra VLAN distinte, ci sono due concetti fondamentali da comprendere: tagging VLAN e routing inter-VLAN.
Il tagging VLAN comporta l'aggiunta di un identificatore univoco ai frame mentre passano attraverso le porte trunk VLAN, consentendo ai frame provenienti da VLAN diverse di passare. Uno dei metodi per il tagging è IEEE 802.1Q. La configurazione delle VLAN è semplice e intuitiva, sia tramite CLI (Command Line Interface) sia tramite interfacce utente basate sul web.
Che cos'è QinQ（802.1Q-in-802.1Q)？
QinQ, noto anche come VLAN stacking o doppia VLAN, è standardizzato secondo IEEE 802.1ad. Consiste nell'incapsulare il tag VLAN con due livelli—un tag interno della rete privata e un tag esterno della rete pubblica. Q-in-Q è ampiamente utilizzato nelle reti backbone degli operatori. Incapsulando il tag VLAN di una rete privata all'interno del tag VLAN di una rete pubblica, QinQ consente ai pacchetti con doppio tag VLAN di attraversare la rete backbone di un operatore (che è la rete pubblica). Questo meccanismo espande la capacità VLAN disponibile e facilita una gestione degli utenti più precisa.
Lo standard IEEE 802.1Q specifica un campo VLAN ID a 12 bit che consente di identificare fino a 4096 VLAN. Tuttavia, con la continua espansione delle reti, questa limitazione è diventata sempre più restrittiva. In risposta, IEEE 802.1ad, un'estensione dello standard 802.1Q, introduce un tag 802.1Q aggiuntivo (denominato tag VLAN) nei pacchetti originariamente contrassegnati con 802.1Q. Questa innovazione espande il numero potenziale di VLAN a 4094 x 4094. Tali pacchetti con doppio tag sono denominati pacchetti QinQ.
I pacchetti QinQ seguono una struttura standardizzata. In genere, un pacchetto con tag 802.1Q è annidato all'interno di un tag 802.1Q aggiuntivo, da cui il termine "QinQ". Quando i pacchetti attraversano la rete, vengono instradati all'interno della rete pubblica in base al tag VLAN esterno. Il tag VLAN interno viene trattato come dati e attraversa la rete pubblica insieme a esso. Questa configurazione a doppio tag fa sì che i pacchetti QinQ abbiano quattro byte aggiuntivi rispetto ai pacchetti VLAN standard con tag 802.1Q.
Esistono due tipi principali di implementazioni QinQ: QinQ di base e QinQ selettivo.
Basic QinQ utilizza un approccio di tagging basato sulla porta. Quando un pacchetto arriva a un'interfaccia con VLAN VPN abilitata, lo switch contrassegna il pacchetto con il tag VLAN predefinito. Che il pacchetto in ingresso sia già contrassegnato o meno, il risultato è lo stesso. Se è già contrassegnato, avrà doppi tag VLAN; in caso contrario, avrà un tag VLAN con la porta dello switch.
Selective QinQ include le funzionalità del QinQ di base introducendo al contempo un livello superiore di flessibilità. Identifica il tag VLAN interno di un pacchetto in base all'indirizzo MAC, al protocollo IP, all'indirizzo IP sorgente e al tag VLAN, quindi determina quale tag debba essere aggiunto.
Che cos'è VXLAN (Virtual Extensible LAN)?
VXLAN, nota anche come Virtual Extensible LAN, è una tecnologia che consente di creare reti overlay di Livello 2 sopra una rete di Livello 3 utilizzando l'incapsulamento MAC address-in-user datagram protocol (MAC-in-UDP). Nel data center, VXLAN sta emergendo come protocollo dominante per la creazione di reti overlay che si sovrappongono alla rete fisica, facilitando l'implementazione di reti virtuali. Sfruttando il protocollo VXLAN, le reti dei data center possono essere virtualizzate in modo efficace, soddisfacendo al contempo le esigenze dei data center multi-tenant grazie a estese capacità di segmentazione su larga scala. In sostanza, VXLAN fornisce servizi simili a VLAN, ma con maggiore estensibilità e flessibilità. Come QinQ, i pacchetti VXLAN seguono un formato coerente. Utilizzando l'incapsulamento MAC-in-UDP di VXLAN, i pacchetti originali vengono dotati di un'intestazione VXLAN e quindi inseriti all'interno di un pacchetto IP UDP. Ecco un semplice diagramma per illustrare il concetto.
Intestazione VXLAN: Consiste in un Virtual Network Identifier (VNID) a 24 bit utilizzato per identificare i segmenti Layer 2 e mantenere l'isolamento Layer 2 tra di essi. Tutti i 24 bit all'interno del VNID definiscono il massimo di 16 milioni di segmenti LAN che VXLAN può supportare.
Intestazione UDP esterna: Il VTEP (VXLAN Tunnel Endpoint) alloca la porta di origine all'interno dell'intestazione UDP, con la porta di destinazione che in genere è la porta UDP 4789.
Intestazione IP esterna: Contiene un indirizzo IP di origine associato al VTEP di origine e correlato all'origine del frame interno.
Intestazione Ethernet esterna: L'indirizzo MAC sorgente nell'header Ethernet esterno corrisponde al VTEP collegato alla sorgente del frame interno.
Il QSFPTEK Gli switch layer 3 della serie S5600 e della serie S7600 supportano VXLAN e altre funzionalità per data center progettate per offrire prestazioni elevate.
Le differenze tra QinQ, VLAN e VXLAN
Le VLAN sono state utilizzate per affrontare diversi problemi, tra cui l'isolamento delle reti Layer 2, la prevenzione del flooding e il ruolo di interfacce di routing. La capacità di supportare le VLAN è ora ampiamente disponibile nei sistemi e nei dispositivi di rete come switch Ethernet, router e firewall. Tuttavia, l'attenzione di questo documento è rivolta principalmente al tagging VLAN. Il tagging VLAN svolge un ruolo chiave nel facilitare la comunicazione tra diverse VLAN.
Come accennato in precedenza, il tagging VLAN utilizza il protocollo IEEE 802.1Q o ISL (Inter-Switch Link) per allegare tag ai frame che attraversano diverse VLAN. I frame soggetti a questo metodo di tagging portano un singolo tag. Al contrario, la tecnologia QinQ offre maggiore flessibilità rispetto alla VLAN. Ciò è evidente nella sua capacità di applicare tag selettivamente ai frame o ai pacchetti in ingresso. Inoltre, il tag VLAN esterno affronta efficacemente le limitazioni degli ID VLAN finiti. Allo stesso tempo, il tag interno univoco mitiga i conflitti tra ID VLAN privati e pubblici, fornendo una semplice soluzione VPN di Livello 2 adatta sia alle reti aziendali piccole che a quelle grandi.
In termini di VXLAN, offre funzionalità simili a QinQ in una certa misura, ma il suo livello operativo offre maggiore estensibilità. VXLAN utilizza l'incapsulamento MAC-in-UDP, che amplia notevolmente l'ambito delle reti di Livello 2. Con lo sviluppo del cloud computing, i requisiti dell'infrastruttura di rete dei tenant sono diventati più esigenti, soprattutto nei data center virtualizzati. Questo fenomeno aumenta la necessità di reti di Livello 2 robuste.
L'implementazione MAC-in-UDP supporta l'uso di VNID a 24 bit, facilitando l'hosting di più tenant all'interno di un singolo data center, superando al contempo le limitazioni di distanza fisica e le barriere di implementazione. Di conseguenza, le VXLAN hanno guadagnato terreno negli ambienti di cloud computing e virtualizzazione negli ultimi anni. Tuttavia, rispetto a VLAN e QinQ, la tecnologia VXLAN è più costosa e complessa. Di conseguenza, non tutti gli switch VLAN includono questa funzionalità.
Conclusione
QinQ vs. VLAN vs. VXLAN, ogni tecnologia soddisfa requisiti di rete specifici. QinQ eccelle nello stacking e nell'estensione delle VLAN. La VLAN organizza le reti, mentre VXLAN scala tramite MAC-in-UDP. La scelta dipende dalle specifiche: QinQ offre VLAN avanzate, la VLAN è di base e VXLAN offre una virtualizzazione versatile. Con l'evoluzione della tecnologia VLAN e delle reti di livello 2/3, soluzioni avanzate come QinQ e VXLAN affrontano le sfide attuali e migliorano l'efficienza per il futuro.
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