QinQ vs. VLAN vs. VXLAN

Die VLAN-Technologie (Virtual Local Area Network) ermöglicht es den Benutzern, ohne Beschränkung auf Entfernung und physische Standorte zu kommunizieren, was die Netzwerkverwaltung erheblich vereinfacht. Wenn jedoch die Anzahl der Geräte und Benutzer in großem Umfang wächst, wird VLAN aufgrund der begrenzten Skalierbarkeit auf maximal 4094 VLANs und der ineffizienten Nutzung der verfügbaren Netzwerkverbindungen den steigenden Anforderungen an die Netzwerkskalierung nicht mehr gerecht. Dann kommen die Technologien VXLAN (virtual extensible LAN) und QinQ ins Spiel. In diesem Beitrag werden die drei Technologien dargestellt und verglichen.

Überblick zu VLAN, VXLAN und QinQ

VLAN

VLAN ist eine Technologie zur Segmentierung des Netzwerks in mehrere Broadcast-Domänen. In jeder Broadcast-Domäne können die Benutzer frei miteinander kommunizieren. Was die Verbindungen zwischen verschiedenen VLANs angeht, sind VLAN-Tagging und Inter-VLAN-Routing zwei notwendige Begriffe, die der Anwender kennen muss. VLAN-Tagging bedeutet, dass dem Frame ein spezielles Tag hinzugefügt wird, wenn er den VLAN-Trunk-Port durchläuft, so dass Frames aus verschiedenen VLANs sich kreuzen können. Und eine der Tagging-Methoden ist IEEE 802.1Q. In der CLI- und Web-Benutzeroberfläche ist die VLAN-Konfiguration einfach und leicht. Das folgende Video zeigt, wie Sie VLAN (virtuelles LAN) über die CLI (Befehlszeilenschnittstelle) und die Web-Benutzeroberfläche auf Netzwerk-Switches der Serien FS S5800/S5850/S8050 konfigurieren. Mehr über VLAN können Sie in diesem Artikel lesen: VLAN: Wie verändert es Ihr Netzwerkmanagement?

QinQ

QinQ, auch bekannt als Stacking-VLAN oder Doppel-VLAN, ist durch IEEE 802.1ad standardisiert. Es kapselt das VLAN-Tag mit zwei Schichten - einem inneren Tag eines privaten Netzwerks und einem äußeren Tag des öffentlichen Netzwerks. Da es immer mehr Benutzer in Netzwerken gibt, die eine große Anzahl von VLANs ID benötigen. Das traditionelle VLAN-Tagging, das IEEE 802.1Q verwendet, ist nicht in der Lage, die Daten der Benutzer in expandierenden Metro-Ethernet-Werken zu identifizieren und zu isolieren. Daher wird QinQ verwendet, um die VLAN-Nummern auf bis zu 4096×4096 zu erweitern, wodurch öffentliche VLAN-IDs effektiv gespeichert werden können.

QinQ-Pakete haben ein festes Format. Normalerweise wird ein 802.11Q-getaggtes Paket in ein anderes 802.1Q-Tag eingekapselt, woraus sich der Name „QinQ“ ableitet. Bei der Übertragung werden die Pakete auf der Basis des äußeren VLAN-Tags im öffentlichen Netz weitergeleitet. Das innere VLAN-Tag wird als Daten aufgefasst, die ebenfalls im öffentlichen Netz übertragen werden. Mit dieser doppelten Tag-Form haben QinQ-Pakete vier Bytes mehr als herkömmliche 802.1Q VLAN-getaggte Pakete.

Es gibt zwei Arten von QinQ-Implementierungen - das grundlegende QinQ und das selektive QinQ.

Basic QinQ ist eine Tagging-Methode, die auf dem Port basiert. Wenn ein Paket an der Schnittstelle ankommt, die VLAN VPN aktiviert hat, versieht der Switch das Paket mit seinem Standard-VLAN-Tag. Es spielt keine Rolle, ob das eingehende Paket getaggt ist oder nicht. Wenn es getaggt wurde, dann hat es doppelte VLAN-Tags; wenn nicht, dann hat es ein einzelnes VLAN-Tag mit dem Switch-Port.

Selektives QinQ Selektives QinQ besitzt die Funktionen des grundlegenden QinQ, ist aber flexibler. Es kann das innere VLAN-Tag der Pakete anhand der MAC-Adresse, des IP-Protokolls, der Quell-IP-Adresse und des VLAN-Tags identifizieren und dann bestimmen, welches Tag hinzugefügt werden soll.

VXLAN

VXLAN, auch virtuelles erweiterbares LAN genannt, wurde entwickelt, um Layer-2-Overlay-Netzwerke über einem Layer-3-Netzwerk bereitzustellen, indem eine MAC-Adress-im-UDP-Protokoll-Kapselung (MAC-in-UDP) verwendet wird. Vereinfacht ausgedrückt, kann VXLAN die gleichen Dienste wie VLAN anbieten, jedoch mit größerer Erweiterbarkeit und Flexibilität. Ähnlich wie bei QinQ haben auch die VXLAN-Pakete ein relativ festes Format. Bei der VXLAN-MAC-in-UDP-Kapselung werden die ursprünglichen Pakete an einen VXLAN-Header angehängt und dann in ein UDP-IP-Paket gelegt. Hier ist eine einfache Illustration.

VXLAN-Header: Er besteht aus einer 24-Bit-VNID, die zur Identifizierung von Layer-2-Segmenten und zur Aufrechterhaltung der Layer-2-Isolierung zwischen den Segmenten verwendet wird. Und alle 24 Bits in der VNID definieren die Anzahl der LAN-Segmente bis zu 16 Millionen, die VXLAN unterstützen kann.

Outer UDP-Header: der VTEP (VXLAN Tunnel Endpoint) weist den Quell-Port im UDP-Header zu, und der Ziel-Port ist typischerweise der UDP-Port 4789.

Outer IP-Header: Er hat eine Quell-IP-Adresse des VETP, der mit der inneren Frame-Quelle verbunden ist.

Outer Ethernet-Header: Der Outer Ethernet-Header hat eine Quell-MAC-Adresse des VTEP, das mit der inneren Frame-Quelle verbunden ist.

QinQ vs VLAN vs VXLAN: Was ist der Unterschied?

VLANs werden verwendet, um verschiedene Probleme zu lösen, z. B. Layer-2-Netzwerkisolierung, Flood und als Routing-Schnittstelle. Die VLAN-Unterstützungsfunktion ist mittlerweile in den meisten Systemen und Netzwerkgeräten wie Ethernet-Switches, Routern und Firewalls vorhanden. Der Vergleich in diesem Beitrag konzentriert sich jedoch hauptsächlich auf das VLAN-Tagging. Um die Kommunikation zwischen verschiedenen VLANs zu realisieren, ist VLAN-Tagging ein wesentlicher Bestandteil.

Wie bereits erwähnt, verwendet VLAN-Tagging das Protokoll IEEE 802.1Q oder ISL (Inter-Switch Link), um Frames zu kennzeichnen, die durch verschiedene VLANs fließen. Frames, die mit dieser Methode getaggt werden, haben nur ein Tag. Die QinQ-Technologie ist jedoch im Vergleich zu VLAN flexibler. Einerseits kann sie selektiv Tags zu den eingehenden Frames oder Paketen hinzufügen. Andererseits löst das äußere VLAN-Tag das Problem der begrenzten VLAN-IDs. Und das eindeutige innere Tag vermeidet Konflikte zwischen den privaten VLAN-IDs und den öffentlichen VLAN-IDs und bietet eine einfache Layer-2-VPN-Lösung für kleine oder große Unternehmensnetzwerke.

Hinweise: VLANs gehören zum öffentlichen Netzwerk.

Wenn es um VXLAN geht, bietet es in gewissem Maße die gleichen Funktionen wie QinQ, aber sein Working Layer ist stärker erweiterbar. VXLAN kapselt Pakete durch MAC-in-UDP ein und erweitert so die Netzwerke der Schicht 2 erheblich. Wie wir wissen, haben Mieter mit dem Vormarsch des Cloud Computing höhere Anforderungen an den Aufbau von Netzwerken, insbesondere für das virtualisierte Rechenzentrum, was den Bedarf an Layer-2-Netzwerken erhöht. MAC-in-UDP unterstützt die Verwendung von 24-Bit-VINDs, die es einem Rechenzentrum ermöglichen, mehrere Mieter unterzubringen und die Beschränkung der physischen Entfernung zu durchbrechen. Das ist der Grund, warum VXLANs in den letzten Jahren im Cloud Computing und in Virtualisierungsrechenzentren immer beliebter geworden sind. Im Vergleich zu VLAN und QinQ ist die VXLAN-Technologie jedoch teurer und komplizierter. Daher unterstützen nicht alle VLAN-Switches diese Funktion. Die Rechenzentrums-Switches der N-Serie von FS.com wie der N5860-48SC（48 x 10Gb SFP+, mit 8 x 100Gb QSFP28 Uplinks）und der N8560-48BC（48 x 25Gb SFP28, mit 8 x 100Gb QSFP28 Uplinks） unterstützen VXLAN und andere Rechenzentrumsfunktionen, die entwickelt wurden, um hohe Leistung für Layer-2/3-Netzwerke zu bieten.

Fazit

Mit der schnellen Entwicklung der VLAN-Technologie und der Layer-2/3-Netzwerke werden mit Sicherheit weitere höhere Netzwerkmanagement-Technologien entstehen. Wie QinQ und VXLAN sind nicht alle Technologien gleich geschaffen. Alle von ihnen wurden geboren, um aktuelle Probleme zu lösen und werden mehr Komfort für heutige und zukünftige Netzwerke bringen.

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