QinQ против VLAN против VXLAN
Автор Yana
Дата 08/10/2023
Технология VLAN (виртуальная локальная сеть) устраняет ограничения, связанные с расстоянием и физическим расположением, упрощая управление сетью. Однако по мере роста числа устройств и пользователей в крупномасштабных сетях VLAN сталкивается с ограничениями: максимум 4094 VLAN и неэффективное использование сетевых каналов. Для преодоления этих проблем появились технологии VXLAN (расширяемая виртуальная локальная сеть) и QinQ. В этой статье будут рассмотрены и сопоставлены эти три технологии. В этой статье будут рассмотрены и сопоставлены три технологии: QinQ, VLAN и VXLAN.
Обзор VLAN, VXLAN и QinQ
Что такое VLAN (виртуальная локальная сеть)?
VLAN — это технология, которая разделяет сеть на несколько широковещательных доменов. В пределах каждого широковещательного домена пользователи могут свободно обмениваться данными. При установлении соединений между различными VLAN необходимо понимать два фундаментальных понятия: тегирование VLAN и маршрутизация между VLAN.
Маркировка VLAN заключается в добавлении уникального идентификатора к кадрам при их прохождении через магистральные порты VLAN, что позволяет кадрам из разных VLAN проходить через них. Одним из методов маркировки является IEEE 802.1Q. Настройка VLAN отличается простотой и удобством как через CLI (интерфейс командной строки), так и через веб-интерфейсы пользователя.
Что такое QinQ（802.1Q-in-802.1Q)？
QinQ, также известный как стекирование VLAN или двойной VLAN, стандартизирован в соответствии с IEEE 802.1ad. Он включает инкапсуляцию тега VLAN с использованием двух уровней—внутреннего тега частной сети и внешнего тега публичной сети. Q-in-Q широко используется в магистральных сетях операторов связи. Оборачивая тег VLAN частной сети тегом VLAN публичной сети, QinQ позволяет пакетам с двумя тегами VLAN проходить через магистральную сеть оператора связи (которая является публичной сетью). Этот механизм расширяет доступную емкость VLAN и обеспечивает более точное управление пользователями.
Стандарт IEEE 802.1Q определяет 12-битное поле идентификатора VLAN, позволяющее идентифицировать до 4096 VLAN. Однако по мере расширения сетей это ограничение становится все более существенным. В ответ IEEE 802.1ad, расширение стандарта 802.1Q, добавляет дополнительный тег 802.1Q (называемый тегом VLAN) к пакетам, изначально помеченным тегом 802.1Q. Это нововведение увеличивает потенциальное количество VLAN до 4094 x 4094. Такие пакеты с двумя тегами называются пакетами QinQ.
Пакеты QinQ имеют стандартизированную структуру. Как правило, пакет с тегом 802.1Q вложен в дополнительный тег 802.1Q, отсюда и термин "QinQ". По мере прохождения пакетов через сеть они маршрутизируются в общедоступной сети на основе внешнего тега VLAN. Внутренний тег VLAN рассматривается как данные и проходит через общедоступную сеть вместе с ними. Из-за такой конфигурации с двумя тегами пакеты QinQ содержат на четыре байта больше, чем стандартные пакеты с тегом VLAN 802.1Q.
Существует два основных типа реализаций QinQ: базовый QinQ и выборочный QinQ.
Базовый QinQ использует подход к тегированию на основе портов. Когда пакет поступает на интерфейс с включённой функцией VLAN VPN, коммутатор помечает пакет тегом VLAN по умолчанию. Независимо от того, был ли входящий пакет уже помечен или нет, результат одинаков. Если пакет уже был помечен, он будет иметь двойные теги VLAN; если нет, он будет иметь тег VLAN с портом коммутатора.
Выборочный QinQ включает возможности базового QinQ и обеспечивает более высокий уровень гибкости. Он определяет внутреннюю VLAN-метку пакета на основе MAC-адреса, IP-протокола, исходного IP-адреса и VLAN-метки, а затем определяет, какую метку следует добавить.
Что такое VXLAN (Virtual Extensible LAN)?
VXLAN, также известная как виртуальная расширяемая локальная сеть, представляет собой технологию, которая позволяет создавать оверлейные сети уровня 2 поверх сети уровня 3 с использованием инкапсуляции MAC-адреса в протоколе пользовательских дейтаграмм (MAC-in-UDP). В центре обработки данных VXLAN становится основным протоколом для создания оверлейных сетей, работающих поверх физической сети и упрощающих реализацию виртуальных сетей. Благодаря протоколу VXLAN сети центров обработки данных можно эффективно виртуализировать, одновременно удовлетворяя потребности многоарендных центров обработки данных за счет широких возможностей сегментации в масштабах всей сети. По сути, VXLAN предоставляет услуги, аналогичные VLAN, но обладает большей расширяемостью и гибкостью. Как и пакеты QinQ, пакеты VXLAN имеют согласованный формат. При использовании инкапсуляции VXLAN MAC-in-UDP исходные пакеты получают заголовок VXLAN, а затем помещаются внутрь IP-пакета UDP. Ниже приведена простая схема, иллюстрирующая эту концепцию.
Заголовок VXLAN: Состоит из 24-битного идентификатора виртуальной сети (VNID), используемого для идентификации сегментов уровня 2 и поддержания изоляции уровня 2 между ними. Все 24 бита VNID определяют максимально 16 миллионов сегментов LAN, которые может поддерживать VXLAN.
Внешний заголовок UDP: VTEP (VXLAN Tunnel Endpoint) назначает порт источника в заголовке UDP, при этом портом назначения обычно является UDP-порт 4789.
Внешний IP-заголовок: Содержит IP-адрес источника, связанный с исходным VTEP и соответствующий источнику внутреннего кадра.
Внешний заголовок Ethernet: MAC-адрес источника во внешнем заголовке Ethernet соответствует VTEP, связанному с источником внутреннего кадра.
Этот QSFPTEK Коммутаторы уровня 3 серий S5600 и S7600 поддерживают VXLAN и другие функции центров обработки данных, разработанные для обеспечения высокой производительности.
Различия между QinQ, VLAN и VXLAN
VLAN используются для решения нескольких задач, включая изоляцию сетей уровня 2, предотвращение широковещательного затопления и работу в качестве интерфейсов маршрутизации. Поддержка VLAN теперь широко доступна в системах и сетевых устройствах, таких как коммутаторы Ethernet, маршрутизаторы и межсетевые экраны. Однако основное внимание в этой статье уделяется тегированию VLAN. Тегирование VLAN играет ключевую роль в обеспечении связи между различными VLAN.
Как упоминалось ранее, при маркировке VLAN для присоединения тегов к кадрам, проходящим через разные VLAN, используется либо протокол IEEE 802.1Q, либо ISL (Inter-Switch Link). Кадры, к которым применяется этот метод маркировки, содержат один тег. В отличие от этого технология QinQ обеспечивает большую гибкость по сравнению с VLAN. Это проявляется в возможности выборочной маркировки входящих кадров или пакетов. Кроме того, внешний тег VLAN эффективно устраняет ограничения конечного числа идентификаторов VLAN. Одновременно уникальный внутренний тег снижает вероятность конфликтов между идентификаторами частных и общедоступных VLAN, обеспечивая простое решение VPN уровня 2, подходящее как для малых, так и для крупных корпоративных сетей.
С точки зрения VXLAN он в определенной степени обеспечивает функциональность, аналогичную QinQ, однако его операционный уровень обладает большей расширяемостью. VXLAN использует инкапсуляцию MAC-in-UDP, что значительно расширяет область сетей уровня 2. С развитием облачных вычислений требования арендаторов к сетевой инфраструктуре стали более высокими, особенно в виртуализированных центрах обработки данных. Это явление усиливает потребность в надежных сетях уровня 2.
Реализация MAC-in-UDP поддерживает использование 24-битных VNID, что позволяет размещать несколько арендаторов в одном центре обработки данных, преодолевая ограничения физического расстояния и барьеры развертывания. В результате VXLAN в последние годы получил широкое распространение в средах облачных вычислений и виртуализации. Однако по сравнению с VLAN и QinQ технология VXLAN является более дорогой и сложной. Поэтому не все коммутаторы VLAN поддерживают эту функцию.
Заключение
QinQ, VLAN и VXLAN: каждая технология отвечает уникальным требованиям сети. QinQ отлично подходит для объединения VLAN в стек и их расширения. VLAN организует сети, а VXLAN обеспечивает масштабирование с помощью MAC-in-UDP. Выбор зависит от конкретных условий: QinQ предлагает расширенные возможности VLAN, VLAN является базовой технологией, а VXLAN обеспечивает универсальную виртуализацию. По мере развития технологии VLAN и сетей уровня 2/3 передовые решения, такие как QinQ и VXLAN, решают текущие проблемы и повышают эффективность в будущем.
Поделиться
