一文看懂VLAN和VXLAN

VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）和VXLAN（Virtual Extensible LAN，虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng)），看上去像是在玩字母游戲的兩個網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，接下來文檔君就給大家科普下這對“孿生兄弟”的區(qū)別。

1

什么是VLAN

傳統(tǒng)二層交換機(jī)的所有端口在同一個廣播域中，因此存在如下兩個嚴(yán)重的缺點：

廣播風(fēng)暴

以太網(wǎng)中對于廣播幀、組播幀和目標(biāo)不明的單播幀都采用了廣播的方式。這種傳播方式有2個弊端：

（1）廣播信息消耗了網(wǎng)絡(luò)整體的帶寬。

（2）收到廣播信息的主機(jī)需要消耗一部分CPU資源來進(jìn)行處理。

因此以太網(wǎng)中的廣播傳輸方式造成了網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU運算能力的大量無謂消耗。

安全問題

以太網(wǎng)中對于目標(biāo)不明的單播幀都采用了廣播的方式，這樣會將信息轉(zhuǎn)發(fā)到不相關(guān)的端口上去，容易被竊聽，安全問題存在隱患。

為了解決上述問題，通常通過劃分廣播域來處理。 通過VLAN技術(shù)可以將一個物理網(wǎng)絡(luò)劃分成多個邏輯（虛擬）的局域網(wǎng)，每一個VLAN是一個獨立的廣播域，VLAN間互不影響。不同VLAN的用戶之間限制訪問，同時廣播報文限制在邏輯廣播域內(nèi)。

舉例

學(xué)校里有多個年級，每個年級的學(xué)生都在不同的教學(xué)樓里。為了管理方便和安全，學(xué)校決定在每個教學(xué)樓內(nèi)設(shè)置不同的VLAN。比如：

一年級的學(xué)生都在A樓（VLAN 10）

二年級的學(xué)生都在B樓（VLAN 20）

這樣，每個教學(xué)樓就像是一個VLAN，同一教學(xué)樓內(nèi)的學(xué)生（數(shù)據(jù)包）可以相互交流，但是不同教學(xué)樓之間的學(xué)生（數(shù)據(jù)包）默認(rèn)是不能直接交流的。如果一年級的學(xué)生想要和二年級的學(xué)生交流，他們需要通過老師（路由器）來轉(zhuǎn)發(fā)信息。

每個VLAN都是一個獨立的廣播域，這意味著每個VLAN內(nèi)的學(xué)生（數(shù)據(jù)包）只能在這個VLAN內(nèi)進(jìn)行廣播通信，比如尋找某個文件或發(fā)送通知。這種隔離確保了網(wǎng)絡(luò)的安全性和效率，因為不同VLAN之間的通信需要通過路由器（老師）來控制和轉(zhuǎn)發(fā)，從而限制了不必要的廣播流量和潛在的安全風(fēng)險。

通過這種方式，VLAN技術(shù)幫助學(xué)校（網(wǎng)絡(luò)管理員）有效地管理了網(wǎng)絡(luò)資源，同時確保了不同年級（不同VLAN）之間的通信安全和隔離。

2

為什么還需要VXLAN？

VXLAN的提出背景：

數(shù)據(jù)中心規(guī)模的擴(kuò)大和虛擬機(jī)數(shù)量的增長隨著虛擬化技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷擴(kuò)大，虛擬機(jī)的數(shù)量呈爆炸式增長。傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)，尤其是在隔離大量租戶的需求上。VLAN由于其Tag域只有12比特，僅能劃分出4096個相互隔離的虛擬二層網(wǎng)絡(luò)，這在大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心中遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠使用。

虛擬機(jī)的靈活遷移為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和資源的靈活調(diào)配，虛擬機(jī)跨設(shè)備甚至跨數(shù)據(jù)中心的遷移變得越來越頻繁。為了保證虛擬機(jī)遷移過程中業(yè)務(wù)不中斷，虛擬機(jī)遷移前后的IP地址和MAC地址需要保持不變，而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法實現(xiàn)虛擬機(jī)遷移前后的IP、MAC不變。

多數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)需求隨著數(shù)據(jù)中心多中心的部署，虛擬機(jī)的跨數(shù)據(jù)中心遷移、災(zāi)備，跨數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)負(fù)載分擔(dān)等需求日益增多。這要求二層網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展不僅是在數(shù)據(jù)中心的邊界為止，還需要考慮跨越數(shù)據(jù)中心機(jī)房的區(qū)域，延伸到同城備份中心、遠(yuǎn)程災(zāi)備中心.

綜上所述，VXLAN是為了滿足數(shù)據(jù)中心在面對大規(guī)模虛擬化、多租戶環(huán)境、虛擬機(jī)動態(tài)遷移以及多數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等方面的需求，提供一種可擴(kuò)展、靈活且安全的網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案。

3

什么是VLAN

VXLAN即虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng)，VXLAN是一種隧道技術(shù)，能在三層網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立二層以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)隧道，從而實現(xiàn)跨地域的二層互連。 VXLAN采用“MAC in UDP”的方法進(jìn)行封裝，將原來的二層數(shù)據(jù)幀加上VXLAN頭部一起封裝在一個UDP（User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）數(shù)據(jù)包里。VXLAN Header中的VNI（Virtual Network Identifier，虛擬網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識）有24個bit，數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于4096，并且UDP的封裝可以穿越三層網(wǎng)絡(luò)，比VLAN有更好的擴(kuò)展性，因此可適應(yīng)大規(guī)模租戶的部署。

舉例

有一所學(xué)校不僅包括了多個教學(xué)樓，而且還在城市的另一端有一個分校。隨著學(xué)校的發(fā)展，分校的學(xué)生數(shù)量也在增加，學(xué)校希望能夠讓兩個校區(qū)的學(xué)生和教師能夠像在同一個校園里一樣無縫地交流和共享資源。

主校區(qū)

1.主校區(qū)有兩棟教學(xué)樓，一年級在教學(xué)樓A，二年級在教學(xué)樓B。

2.為了保持管理的便捷性和安全性，學(xué)校決定在每個教學(xué)樓內(nèi)設(shè)置不同的VLAN。教學(xué)樓A是VLAN 10，教學(xué)樓B是VLAN 20。

3.但是，隨著技術(shù)的發(fā)展和教育的創(chuàng)新，學(xué)校希望能夠讓主校區(qū)和分校之間的學(xué)生也能輕松交流，就像他們在同一棟教學(xué)樓里一樣。

分校

1.每個分校（VXLAN）都有一個獨特的標(biāo)識碼（VNI），這個標(biāo)識碼有很多。

2.分校位于城市的另一端，有一棟教學(xué)樓D。

3.分校的學(xué)生也需要與主校區(qū)的學(xué)生和教師進(jìn)行交流，比如共享教學(xué)資源、進(jìn)行聯(lián)合項目等。

4.這時，學(xué)校引入了VXLAN技術(shù)，就像在主校區(qū)和分校之間開通了虛擬的“校車調(diào)度中心”——VTEP（VXLAN Tunneling End Point，VXLAN隧道終端）。學(xué)生們（數(shù)據(jù)包）可以通過這個“校車”在不同校區(qū)間自由穿梭，就好像他們都在同一個校園里一樣。

VTEP

1.無論學(xué)生們（數(shù)據(jù)包）是在主校區(qū)的教學(xué)樓A、教學(xué)樓B，還是在城市的另一端的分校，他們都可以自由地交流，就好像他們都在同一個局域網(wǎng)內(nèi)一樣。

2.每個校區(qū)（數(shù)據(jù)中心）都有一個或多個校車調(diào)度中心（VTEP），它們負(fù)責(zé)管理校車（封裝和解封裝VXLAN數(shù)據(jù)包）。

3.當(dāng)學(xué)生（數(shù)據(jù)包）需要從一個教學(xué)樓（源虛擬網(wǎng)絡(luò)）去另一個校區(qū)的教學(xué)樓（目標(biāo)虛擬網(wǎng)絡(luò)）時，他們首先會到達(dá)自己校區(qū)的校車調(diào)度中心（源VTEP），然后被送上校車（VXLAN封裝）。

4.校車會穿越不同的道路（物理網(wǎng)絡(luò)），最終到達(dá)目的地校區(qū)的校車調(diào)度中心（目標(biāo)VTEP）。

5.目標(biāo)校區(qū)的校車調(diào)度中心（目標(biāo)VTEP）會將學(xué)生（數(shù)據(jù)包）從校車上接下來，并送到正確的班級（目標(biāo)虛擬網(wǎng)絡(luò)）。

END

怎么樣？是不是一口氣搞懂了VLAN和VXLAN區(qū)別？ 文檔君給大家整理了一份表格，用以區(qū)分VLAN和VXLAN在關(guān)鍵特性上的區(qū)別。