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公众号后台,有小伙伴想要了解一下QinQ和VXLAN,今天安排一下。
QinQ,也称为双重VLAN标记,是一种用于扩展VLAN数量和提供多租户隔离的技术。它允许在标准的802.1Q标签之外,再增加一个802.1Q标签,从而形成“外层标签”和“内层标签”的双重标签结构。这种技术在服务提供商网络中尤为重要,因为它允许多个客户的VLAN流量通过服务提供商的骨干网传输,而无需为每个客户分配独立的VLAN ID。
在深入了解QinQ之前,回顾一下VLAN的基础知识是必要的。VLAN(Virtual Local Area Network)是一种将物理网络划分为多个逻辑网络的技术,使不同VLAN中的设备无法直接通信,除非通过路由器或三层交换机。VLAN通过802.1Q标签实现,标签包含在以太网帧中,用于标识帧属于哪个VLAN。
在传统的802.1Q Tagging中,每个以太网帧包含一个VLAN标签,该标签由12位的VLAN ID字段组成,可以支持最多4096个VLAN。QinQ技术通过在帧中添加第二个802.1Q标签,使每个帧可以携带两个VLAN标签。外层标签通常由服务提供商网络处理,而内层标签则由客户网络处理。
802.1Q Tagging在以太网帧的源地址和类型字段之间插入一个4字节的VLAN标签。这个标签包括:
QinQ通过在标准的802.1Q标签之外再添加一个外层标签来实现。双重Tagging的机制如下:
这种双重Tagging机制使得服务提供商可以将来自不同客户的帧使用不同的外层标签进行区分,而不影响内层标签的使用,从而实现大规模的VLAN扩展和多租户隔离。
在QinQ技术中,外层标签和内层标签的处理方式如下:
通过在帧中使用双重标签,QinQ技术极大地扩展了可用的VLAN数量。理论上,QinQ可以支持高达16777216(4096x4096)个VLAN,相比传统的802.1Q的4096个VLAN具有显著的优势。这对于需要大量VLAN的网络环境(如大型数据中心或服务提供商网络)尤为重要。
QinQ技术允许服务提供商在同一个网络中传输多个客户的流量,而不会发生混淆。这是通过在帧中引入外层标签来实现的,每个客户的流量都有独立的外层标签,从而实现多租户隔离。这对于服务提供商来说,不仅简化了网络管理,还增强了网络的安全性和可靠性。
通过使用QinQ,服务提供商可以在骨干网中使用统一的VLAN管理方式,而不需要为每个客户配置复杂的VLAN策略。这不仅降低了管理的复杂性,还提高了网络的可扩展性和灵活性。
配置QinQ技术时,不同厂商的交换机命令可能会有所不同,但基本步骤大致相似。以下是一个基于思科交换机的配置示例:
switch(config)# interface GigabitEthernet0/1
switch(config-if)# switchport mode dot1q-tunnel
switch(config-if)# switchport access vlan 100
switch(config-if)# exit
switch(config)# vlan 100
switch(config-vlan)# name Customer_A_QinQ
switch(config-vlan)# exit
switch(config)# interface GigabitEthernet0/2
switch(config-if)# switchport mode trunk
switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan add 200-300
switch(config-if)# exit
在一个典型的QinQ网络拓扑中,客户网络通过接入交换机连接到服务提供商的网络。配置步骤如下:
在大型企业网络中,QinQ技术可以用于划分和管理不同部门或分支机构的网络。通过使用双重标签,企业可以在不增加物理网络复杂性的情况下,实现灵活的网络分段和管理。
数据中心通常需要支持大量的VLAN以隔离不同的服务和应用。QinQ技术通过扩展VLAN空间,使数据中心能够支持更多的VLAN,从而提高网络的灵活性和扩展性。
对于服务提供商来说,QinQ技术是实现多租户隔离的关键。通过在帧中引入外层标签,服务提供商可以将多个客户的流量安全地传输在同一个网络中,而不会发生流量混淆或泄露。
VXLAN(Virtual Extensible LAN)是一种覆盖网络技术,通过在现有IP网络基础上创建虚拟网络,使得虚拟机可以跨越不同的物理网络进行通信。VXLAN使用隧道技术,将以太网帧封装在UDP报文中,从而在IP网络上传输。VXLAN的主要目标是提供比传统VLAN更大的扩展性,支持大量的虚拟网络。
VXLAN的数据平面通过隧道传输封装的以太网帧,主要包括以下步骤:
VXLAN的控制平面用于管理和分发VTEP之间的隧道信息,主要包括以下几种方法:
VXLAN使用24位的VNID,可以支持超过1600万个虚拟网络,远远超过传统VLAN的4096个VLAN。这种大规模的扩展性使得VXLAN特别适合于需要大量虚拟网络的数据中心和云计算环境。
VXLAN通过在IP网络上创建虚拟网络,使得虚拟机可以在不同的物理网络间自由迁移。这种灵活的网络分段能力,使得网络管理更加灵活,能够快速适应业务需求的变化。
通过VXLAN,虚拟机可以在不同的数据中心之间进行迁移,而无需重新配置网络。这对于跨数据中心的业务连续性和灾难恢复至关重要。
以下是一个基于思科交换机的配置示例,展示如何配置VXLAN:
interface nve1
source-interface loopback0
no shutdown
interface nve1
member vni 5001
ingress-replication protocol static
peer-ip 192.168.1.1
peer-ip 192.168.1.2
router bgp 65000
neighbor 192.168.1.1 remote-as 65000
neighbor 192.168.1.2 remote-as 65000
address-family l2vpn evpn
neighbor 192.168.1.1 activate
neighbor 192.168.1.2 activate
VXLAN特别适合于大型数据中心网络,通过提供大规模的虚拟网络和灵活的网络分段能力,使得数据中心能够快速适应业务需求的变化。同时,VXLAN支持跨数据中心的虚拟机迁移,增强了业务连续性和灾难恢复能力。
在公有云和私有云环境中,VXLAN可以提供多租户隔离和大规模的虚拟网络支持,满足不同租户的网络需求。通过VXLAN,云服务提供商可以提供更加灵活和可扩展的网络服务。
VXLAN的多租户隔离能力,使其非常适合于多租户网络环境。通过为每个租户分配独立的VNID,确保租户之间的流量隔离和安全性,提高网络的安全性和可靠性。
QinQ(802.1ad)是一种通过在以太网帧中添加双重VLAN标签来扩展VLAN空间和实现多租户隔离的技术。它允许服务提供商在其网络中传输多个客户的流量,而无需为每个客户分配独立的VLAN ID。
VXLAN(Virtual Extensible LAN)是一种覆盖网络技术,通过在IP网络上创建虚拟网络来扩展虚拟机之间的通信范围。VXLAN使用隧道技术,将以太网帧封装在UDP报文中,从而在IP网络上传输,支持大规模的虚拟网络。
这里方便大家记忆,瑞哥将对比整理成表格:
对比维度 | QinQ | VXLAN |
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技术架构 |
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性能 |
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可扩展性 |
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管理和配置 |
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应用场景 |
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在一些复杂的网络环境中,仅使用QinQ或VXLAN可能无法满足所有需求。例如,在一个服务提供商网络中,可能需要利用QinQ实现多租户隔离,同时使用VXLAN支持虚拟机的跨数据中心迁移。因此,集成QinQ和VXLAN技术可以充分发挥它们各自的优势,提供更加灵活和可扩展的网络解决方案。
QinQ和VXLAN作为两种先进的网络虚拟化技术,各自具有独特的优势和适用场景。通过详细对比QinQ和VXLAN的技术特点、性能、可扩展性和应用场景,本文分析了如何在实际网络中集成这两种技术,以充分发挥它们的优势。尽管集成应用面临一些挑战,但通过合理的设计和管理,可以实现灵活、可扩展和高性能的网络架构。
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