VLAN 與 VXLAN：一個字母之差，到底兩者有什么區別？
網絡虛擬化技術在現代網絡架構中扮演著至關重要的角色，而其中的兩個重要代表——虛擬局域網（VLAN）和虛擬擴展局域網（VXLAN）——在網絡管理和擴展性方面發揮著獨特的作用。本文將深入研究它們的區別，并通過豐富的例子來說明它們各自的應用場景。
什么是VLAN？
虛擬局域網（VLAN）是一種將單個物理網絡劃分為多個邏輯網絡的技術。通過VLAN，網絡管理員可以將不同的設備劃分到不同的邏輯組，使它們就像連接到不同物理網絡一樣進行管理。
VLAN的實現主要依賴于交換機，它通過在數據包的頭部添加標簽（Tag）來將數據包歸屬到相應的VLAN。這個標簽包含了VLAN的ID，標識了數據包所屬的邏輯網絡。交換機通過檢查這個標簽，將數據包傳遞到正確的VLAN。
VLAN 的分類
VLAN 的分類主要有兩種：
基于端口的 VLAN (Port-Based VLAN):
VLAN 按照交換機端口進行劃分，每個端口可以分配到一個或多個 VLAN。這是最常見的 VLAN 類型，通過手動配置交換機端口來將設備劃分到不同的 VLAN 中。這種方式簡單易用，但相對靜態。
基于標簽的 VLAN (Tag-Based VLAN 或者 802.1Q VLAN):
VLAN 標簽是一種在以太網幀頭部插入的標簽，用于標識屬于哪個 VLAN。通過在幀頭中添加 VLAN 標簽，可以在同一物理網絡中傳輸多個 VLAN 的數據。這種方式允許更靈活的 VLAN 配置，但要求設備支持 802.1Q 協議。
VLAN的應用場景
1、部門劃分
考慮一個大型企業，擁有多個部門，如銷售、研發和市場。通過使用VLAN，網絡管理員可以將每個部門的設備劃分到不同的邏輯網絡中。例如，銷售部門的設備可以被劃分到VLAN 10，研發部門的設備劃分到VLAN 20，以實現彼此之間的邏輯隔離。
- VLAN 10 (銷售)
- 設備1
- 設備2
- ...
- VLAN 20 (研發)
- 設備3
- 設備4
- ...
2、客戶隔離
在網絡服務提供商的情景中，不同客戶可能共享相同的物理網絡基礎設施。使用VLAN，服務提供商可以為每個客戶創建獨立的VLAN，確保客戶之間的邏輯隔離。例如，客戶A的設備在VLAN 100，客戶B的設備在VLAN 200。
- VLAN 100 (客戶A)
- 設備A1
- 設備A2
- ...
- VLAN 200 (客戶B)
- 設備B1
- 設備B2
- ...
什么是VXLAN？
虛擬擴展局域網（VXLAN）是一種用于在大規模云計算環境中擴展虛擬局域網的技術。相對于傳統的VLAN，VXLAN提供了更大的網絡標識空間，使得在復雜的網絡架構中更容易實現虛擬化。
VXLAN通過在原始數據包的頭部添加一個VXLAN標頭來實現虛擬網絡的擴展。這個標頭包含一個24位的VNI（VXLAN網絡標識符），用于標識虛擬網絡。VXLAN標頭將整個原始數據包封裝在內，然后在底層網絡上進行傳輸。
VXLAN的應用場景
1、大規模云環境
在云計算環境中，需要更靈活、可擴展的虛擬網絡。VXLAN通過提供更大的標識空間，允許創建更多的虛擬網絡，因此在大規模云環境中得到廣泛應用。例如，每個租戶可以擁有一個獨立的VXLAN標識符，使得租戶之間的網絡隔離更為靈活。
2、跨數據中心連接
VXLAN不僅可以在同一數據中心內擴展虛擬網絡，還能夠跨越不同數據中心進行擴展。這種能力使得在全球范圍內建立云服務更為容易，同時保持良好的性能和隔離。
- VXLAN 1001 (數據中心A)
- 虛擬機A1
- 虛擬機A2
- ...
- VXLAN 1002 (數據中心B)
- 虛擬機B1
- 虛擬機B2
- ...
VXLAN和VLAN優缺點
VXLAN 優缺點
優點
可擴展性： VXLAN 使用 24 位標識符，因此提高了可擴展性，允許創建多達 1600 萬個隔離網絡，適用于大規模云環境。
通過 IP 傳輸運行： VXLAN 在網絡層使用 IP 協議進行封裝，這使其能夠跨越物理網絡運行，提供更靈活的網絡部署。
無需 STP（生成樹協議）： 與傳統的 VLAN 相比，VXLAN 不需要使用生成樹協議，從而避免了一些與 STP 相關的限制和延遲。
大環境下維護方便： VXLAN 在大型環境下的維護相對較為方便，特別是在多租戶結構中。
使用第 3 層協議： VXLAN 使用第 3 層協議，允許利用所有可用的路由協議，提供更靈活的網絡配置。
缺點
難以擴展集中控制器： 在某些情況下，VXLAN 中的集中控制器可能難以擴展，這可能在大型部署中引起問題。
手動配置復雜： 在小型網絡中，手動配置 VXLAN 可能會有些困難，需要更高水平的網絡管理技能。
VXLAN 部署復雜： 部署 VXLAN 可能相對較復雜，特別是對于初學者來說，需要一些配置和調整。
VLAN 優缺點
優點
減小廣播域： VLAN 可以減小廣播域的大小，提高網絡效率和性能。
成本效益： 相對于 VXLAN，VLAN 的實施相對簡單，更具成本效益，特別是在小型網絡中。
額外的安全層： VLAN 提供額外的安全層，因為它將網絡劃分為邏輯上獨立的部分，減少了潛在的攻擊面。
易于管理： 在小型網絡中，VLAN 的管理相對容易，不需要過多的配置和復雜性。
邏輯分組： VLAN 允許根據設備的功能而不是位置對設備進行邏輯分組，提供更靈活的網絡管理。
缺點
數據包泄漏： 數據包泄漏可能會發生，其中來自一個 VLAN 的數據包可以轉移到另一個 VLAN，尤其是在缺乏適當隔離的情況下。
感染傳播： 如果一個 VLAN 中的設備感染了惡意軟件，這可能導致該感染傳播到其他 VLAN 中。
大型網絡需要額外路由器： 在大型網絡中，VLAN 可能需要額外的路由器來控制流量，這增加了網絡的復雜性。
無法直接轉發到其他 VLAN： VLAN 通常無法直接將網絡流量轉發到其他 VLAN，需要額外的設備來實現這種通信。
VLAN與VXLAN的對比
1、標識空間
VLAN使用12位的VLAN ID，最多支持4096個虛擬網絡。而VXLAN使用24位的VNI，支持近1700萬個虛擬網絡，提供更大的標識空間。
2、隔離性
VLAN通過在交換機上進行端口標記來實現邏輯隔離。而VXLAN通過在數據包中添加VXLAN標頭來實現邏輯隔離，使其更為靈活和可擴展。
3、跨子網通信
VXLAN具有在不同子網中進行通信的能力，而VLAN通常限制在同一子網內。這使得VXLAN在大規模云環境中更為適用。
4、網絡延遲
在網絡性能方面，VXLAN通常比VLAN更適合應對大規模網絡環境。由于VXLAN在傳輸數據包時引入了額外的封裝（VXLAN標頭），因此其網絡延遲相對較低，使其在云計算和虛擬化場景中更具競爭力。
5、帶寬利用率
VXLAN的大標識空間允許更多的虛擬網絡存在于同一物理網絡上，提高了帶寬利用率。相比之下，VLAN由于標識空間有限，可能會在網絡設計中受到約束，導致一些帶寬浪費。
6、安全性考慮
VXLAN的靈活性帶來了更多的配置選項，但同時也需要更多的安全措施來保護網絡免受潛在的攻擊。網絡管理員在設計VXLAN網絡時需要考慮安全性措施，例如網絡隧道的加密等。
7、部署復雜性
VXLAN在部署方面可能相對復雜，需要更多的配置和管理。相比之下，VLAN的部署相對較為簡單，特別是在小型網絡中。
8、管理工具支持
由于VXLAN是相對較新的技術，一些傳統的網絡管理工具可能對其支持不足。而VLAN則是一種更為成熟和廣泛支持的技術，具備更多的管理工具和支持。
這里瑞哥挑幾個重點整理成表格，希望能夠更加清晰的展示出兩者的對比：
| 特性 | VLAN | VXLAN |
|---|---|---|
| 標識符和可擴展性 | 使用 12 位標識符，最多支持 4094 個 VLAN | 使用 24 位標識符，可擴展至 1600 萬個 VXLANS |
| 連接層級 | 與所有端點的第 2 層以太網連接 | 每個 VXLAN 隧道端點之間的連接是第 3 層連接 |
| 冗余和環路避免 | 僅限于基于以太網的解決方案 | 基于第 2 層或第 3 層支持的任何內容 |
| 第 3 層擴展性 | 本身無法通過第 3 層網段進行擴展 | 可以擴展到第 3 層連接支持的任何可擴展性 |
| 配置和維護 | 在小型網絡中易于配置和維護 | 通過正確的配置，即使在非常大的環境中，添加和擴展 VXLAN 也相對容易 |
| 多租戶環境中的靈活性 | 在多租戶環境中靈活性較差 | 與多租戶環境中的 VLAN 相比更加靈活 |
| 封裝方式 | 利用二層幀上的 VLAN 標簽進行封裝 | 使用 MAC-in-UDP 封裝來跨端點擴展第 2 層網段 |
| 利用路徑 | 使用 STP 阻止冗余路徑，僅利用了一半的可用路徑 | 使用底層第 3 層協議使用所有可用路徑，更具成本效益 |
總結
通過本文的深入比較，我們可以看到VLAN和VXLAN在網絡性能、安全性和管理方面存在一些差異。選擇使用哪種技術取決于具體的網絡需求和場景。在小型網絡中，VLAN可能更為簡便直接；而在大規模云計算環境中，VXLAN的擴展性和靈活性更具優勢。
