QinQ vs. VLAN vs. VXLAN
Autor Yana
Data 08/10/2023
A tecnologia VLAN (rede local virtual) elimina restrições de distância e localização física, simplificando o gerenciamento de rede. No entanto, à medida que o número de dispositivos e usuários cresce em redes de grande escala, a VLAN enfrenta limitações com um máximo de 4094 VLANs e utilização ineficiente dos links de rede. Para superar esses desafios, surgiram as tecnologias VXLAN (LAN virtual extensível) e QinQ. Este artigo ilustrará e comparará essas três tecnologias. Neste artigo, essas três tecnologias, QinQ vs. VLAN vs. VXLAN, serão ilustradas e comparadas.
Visão geral de VLAN, VXLAN e QinQ
O que é VLAN (Virtual LAN)?
VLAN é uma tecnologia que divide uma rede em vários domínios de broadcast. Dentro de cada domínio de broadcast, os usuários podem se comunicar livremente. Quando se trata de estabelecer conexões entre VLANs distintas, há dois conceitos fundamentais a compreender: marcação de VLAN e roteamento entre VLANs.
A marcação VLAN envolve adicionar um identificador exclusivo aos quadros à medida que eles passam pelas portas de tronco VLAN, permitindo que quadros de diferentes VLANs passem. Um dos métodos de marcação é IEEE 802.1Q. Configurar VLANs é simples e intuitivo, tanto por meio da CLI (Command Line Interface) quanto por interfaces de usuário baseadas na web.
O que é QinQ（802.1Q-in-802.1Q)？
QinQ, também conhecido como empilhamento de VLAN ou VLAN dupla, é padronizado pela IEEE 802.1ad. Ele envolve o encapsulamento da tag VLAN com duas camadas—uma tag interna da rede privada e uma tag externa da rede pública. Q-in-Q é amplamente usado em redes de backbone de operadoras. Ao encapsular a tag VLAN de uma rede privada dentro da tag VLAN de uma rede pública, o QinQ permite que pacotes com duas tags VLAN naveguem pela rede de backbone de uma operadora (que é a rede pública). Esse mecanismo expande a capacidade de VLAN disponível e facilita um gerenciamento de usuários mais preciso.
O padrão IEEE 802.1Q especifica um campo de ID de VLAN de 12 bits que permite identificar até 4096 VLANs. No entanto, à medida que as redes continuam a se expandir, essa limitação se tornou cada vez mais restritiva. Em resposta, o IEEE 802.1ad, uma extensão do padrão 802.1Q, introduz uma tag 802.1Q adicional (chamada de tag de VLAN) nos pacotes originalmente marcados com 802.1Q. Essa inovação expande o número potencial de VLANs para 4094 x 4094. Esses pacotes com duas tags são chamados de pacotes QinQ.
Os pacotes QinQ seguem uma estrutura padronizada. Normalmente, um pacote marcado com 802.1Q é aninhado dentro de uma tag 802.1Q adicional, daí o termo "QinQ". À medida que os pacotes atravessam a rede, eles são roteados dentro da rede pública com base na tag VLAN externa. A tag VLAN interna é tratada como dados e atravessa a rede pública junto com ele. Essa configuração de tag dupla faz com que os pacotes QinQ tenham quatro bytes adicionais em comparação com pacotes VLAN padrão marcados com 802.1Q.
Há dois tipos principais de implementações QinQ: QinQ básico e QinQ seletivo.
O QinQ básico usa uma abordagem de marcação baseada em porta. Quando um pacote chega a uma interface com VLAN VPN habilitada, o switch marca o pacote com sua tag de VLAN padrão. Quer o pacote de entrada já esteja marcado ou não, o resultado é o mesmo. Se já estiver marcado, ele terá tags de VLAN duplas; caso contrário, terá uma tag de VLAN com a porta do switch.
O QinQ seletivo inclui os recursos do QinQ básico, ao mesmo tempo em que introduz um nível mais alto de flexibilidade. Ele identifica a tag VLAN interna de um pacote com base no endereço MAC, no protocolo IP, no endereço IP de origem e na tag VLAN e, em seguida, determina qual tag deve ser adicionada.
O que é VXLAN (Virtual Extensible LAN)?
VXLAN, também conhecida como Virtual Extensible LAN, é uma tecnologia que permite que redes de sobreposição de Camada 2 sejam construídas sobre uma rede de Camada 3 usando encapsulamento MAC address-in-user datagram protocol (MAC-in-UDP). No data center, VXLAN está surgindo como o protocolo dominante para criar redes de sobreposição que ficam sobre a rede física, facilitando a implementação de redes virtuais. Ao aproveitar o protocolo VXLAN, as redes de data center podem ser virtualizadas de forma eficaz, ao mesmo tempo em que atendem às necessidades de data centers multilocatários ao fornecer amplos recursos de segmentação em escala. Em essência, VXLAN fornece serviços semelhantes aos de VLAN, mas com extensibilidade e flexibilidade aprimoradas. Assim como QinQ, os pacotes VXLAN seguem um formato consistente. Usando o encapsulamento VXLAN MAC-in-UDP, os pacotes originais recebem um cabeçalho VXLAN e, em seguida, são colocados dentro de um pacote IP UDP. Aqui está um diagrama simples para ilustrar o conceito.
Cabeçalho VXLAN: Consiste em um Virtual Network Identifier (VNID) de 24 bits usado para identificar segmentos de Camada 2 e manter o isolamento de Camada 2 entre eles. Todos os 24 bits dentro do VNID definem o máximo de 16 milhões de segmentos LAN que o VXLAN pode suportar.
Cabeçalho UDP externo: O VTEP (VXLAN Tunnel Endpoint) aloca a porta de origem dentro do cabeçalho UDP, com a porta de destino normalmente sendo a porta UDP 4789.
Cabeçalho IP externo: Contém um endereço IP de origem associado ao VTEP de origem e correlacionado à origem do quadro interno.
Cabeçalho Ethernet externo: O endereço MAC de origem dentro do cabeçalho Ethernet externo corresponde ao VTEP vinculado à origem do quadro interno.
O QSFPTEK Os switches de camada 3 das séries S5600 e S7600 oferecem suporte a VXLAN e outros recursos de data center projetados para oferecer alto desempenho.
As diferenças entre QinQ, VLAN e VXLAN
VLANs têm sido usadas para resolver vários problemas, incluindo isolar redes de Camada 2, impedir flooding e atuar como interfaces de roteamento. A capacidade de oferecer suporte a VLANs agora está amplamente disponível em sistemas e dispositivos de rede, como switches Ethernet, roteadores e firewalls. No entanto, o foco deste artigo está principalmente no tagging de VLAN. O tagging de VLAN desempenha um papel fundamental ao facilitar a comunicação entre diferentes VLANs.
Como mencionado anteriormente, a marcação de VLAN usa o protocolo IEEE 802.1Q ou ISL (Inter-Switch Link) para anexar tags aos quadros que atravessam diferentes VLANs. Os quadros sujeitos a esse método de marcação carregam uma única tag. Em contraste, a tecnologia QinQ oferece maior flexibilidade do que a VLAN. Isso fica evidente em sua capacidade de marcar seletivamente quadros ou pacotes recebidos. Além disso, a tag VLAN externa aborda efetivamente as limitações dos IDs de VLAN finitos. Ao mesmo tempo, a tag interna exclusiva mitiga conflitos entre IDs de VLAN privados e públicos, fornecendo uma solução VPN de Camada 2 simples adequada tanto para redes empresariais pequenas quanto grandes.
Em termos de VXLAN, ela oferece funcionalidade semelhante à QinQ até certo ponto, mas sua camada operacional oferece maior extensibilidade. A VXLAN usa encapsulamento MAC-in-UDP, o que amplia significativamente o escopo das redes de Camada 2. Com o desenvolvimento da computação em nuvem, os requisitos de infraestrutura de rede dos locatários se tornaram mais exigentes, especialmente em data centers virtualizados. Esse fenômeno aumenta a necessidade de redes de Camada 2 robustas.
A implementação MAC-in-UDP suporta o uso de VNIDs de 24 bits, facilitando a hospedagem de múltiplos locatários em um único data center, ao mesmo tempo em que supera limitações de distância física e barreiras de implantação. Como resultado, as VXLANs ganharam força em ambientes de computação em nuvem e virtualização nos últimos anos. No entanto, em comparação com VLAN e QinQ, a tecnologia VXLAN é mais cara e complexa. Como resultado, nem todos os switches VLAN incluem essa funcionalidade.
Conclusão
QinQ vs. VLAN vs. VXLAN, cada tecnologia atende a requisitos de rede únicos. QinQ se destaca no empilhamento e na extensão de VLANs. VLAN organiza redes, enquanto VXLAN escala via MAC-in-UDP. A escolha depende das especificidades: QinQ oferece VLANs avançadas, VLAN é básica, e VXLAN oferece virtualização versátil. À medida que a tecnologia VLAN e as redes de Camada 2/3 evoluem, soluções avançadas como QinQ e VXLAN abordam os desafios atuais e melhoram a eficiência para o futuro.
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