QinQ vs VLAN vs VXLAN

La tecnología VLAN (virtual local area network o red de área local virtual) permite que los usuarios se comuniquen sin estar limitados por la distancia y la ubicación física, lo que simplifica enormemente la gestión de la red. Sin embargo, a medida que la cantidad de dispositivos y usuarios crece a gran escala, salen a relucir algunas limitaciones de la VLAN: su escalabilidad está limitada a un máximo de 4094 VLANs y se hace un uso ineficiente de los enlaces de red disponibles. Por estos motivos, la VLAN ya no es capaz de satisfacer la creciente demanda de escalas de redes y aparecen las tecnologías VXLAN (virtual extensible LAN o LAN virtual extensible) y QinQ para compensar estas carencias. En este artículo ilustraremos y compararemos estas tecnologías.

Visión general de la VLAN, la VXLAN y la QinQ

VLAN

La VLAN es una tecnología que permite segmentar la red en varios dominios de difusión. En cada uno de estos dominios, los usuarios pueden comunicarse entre sí libremente. En cuanto a las conexiones entre diferentes redes VLAN, los usuarios deben conocer los términos «etiquetado de VLAN» y «enrutamiento entre VLANs» . El etiquetado VLAN consiste en añadir una etiqueta especial a la trama cuando pasa por el puerto troncal VLAN, el cual permite la circulación de tramas de VLANs distintas. Uno de los métodos de etiquetado es el IEEE 802.1Q. En la interfaz de usuario CLI y Web, la configuración de la VLAN es simple y fácil. El siguiente vídeo muestra cómo configurar la VLAN en los switches de red de las series S5800/S5850/S8050 de FS a través de la interfaz de línea de comandos (CLI, command-line interface) y la interfaz web de usuario.

QinQ

El QinQ (también conocido como apilamiento VLAN) está estandarizado por el IEEE 802.1ad. Encapsula la etiqueta VLAN con dos capas: una etiqueta interior (de una red privada) y una etiqueta exterior (de la red pública). Como hay una creciente cantidad de usuarios en las redes, también ha aumentado el número de IDs de VLAN necesarios. El etiquetado VLAN tradicional que utiliza el IEEE 802.1Q es incapaz de identificar y aislar los datos de los usuarios en las obras crecientes de Metro Ethernet. La tecnología QinQ se utiliza para ampliar la cantidad VLANs hasta 4096×4096, de este modo se podrán ahorrar ID de VLAN públicas.

Los paquetes QinQ tienen un formato fijo. Normalmente, un paquete etiquetado 802.11Q se encapsula en otra etiqueta 802.1Q, de la que deriva el nombre «Q-in-Q». Durante la transmisión, los paquetes se reenvían en función de la etiqueta VLAN exterior en la red pública, se interpreta que la etiqueta forma parte de los datos, por lo que esta también se transmite en la red pública. Como contienen esta forma de doble etiqueta, los paquetes QinQ tienen cuatro bytes más que los paquetes comunes con etiqueta VLAN 802.1Q.

Hay dos tipos de implementaciones de QinQ: QinQ básico y QinQ selectivo.

El QinQ básico es un tipo de etiquetado basado en el puerto. Cuando un paquete llega a la interfaz que tiene activada la VLAN VPN (red privada virtual), el switch etiqueta el paquete con su etiqueta VLAN por defecto. No importa si el paquete entrante está etiquetado o no. Si ha sido etiquetado, entonces tendrá doble etiqueta VLAN; si no, tendrá una sola etiqueta VLAN con el puerto del switch.

El QinQ selectivo posee las funciones del QinQ básico, pero es más flexible. Identifica la etiqueta VLAN interna de los paquetes según la dirección MAC, el protocolo IP, la dirección IP de origen y la etiqueta VLAN, y luego determina qué etiqueta hay que añadir.

VXLAN

La VXLAN (también llamada LAN extensible virtual) está diseñada para proporcionar redes superpuestas de capa 2 sobre una red de capa 3 utilizando la encapsulación del protocolo de dirección MAC en datagrama de usuario (MAC-in-UDP). En términos sencillos, la VXLAN puede ofrecer los mismos servicios que la VLAN, pero con mayor extensibilidad y flexibilidad. Al igual que el QinQ, los paquetes VXLAN también tienen un formato relativamente fijo. Con la encapsulación VXLAN MAC-in-UDP, los paquetes originales se añadirán en una cabecera VXLAN y luego se colocarán en un paquete UDP-IP.

Cabecera VXLAN: consta de un identificador de red VXLAN (VNID, VXLAN network identifier) de 24 bits que se utiliza para identificar los segmentos de capa 2 y para mantener el aislamiento de capa 2 entre los segmentos. Los 24 bits del VNID definen la cantidad de segmentos LAN puede soportar la VXLAN, que puede alcanzar los 16 millones.

Cabecera UDP exterior: el punto final del túnel VXLAN (VTEP, VXLAN Tunnel Endpoint) asigna el puerto de origen en la cabecera UDP y el puerto de destino suele ser el puerto UDP 4789.

Cabecera IP exterior: tiene una dirección IP de origen del VTEP asociado con el origen de la trama interior.

Cabecera Ethernet exterior: tiene una dirección MAC de origen del VTEP asociado con el origen de la trama interior.

QinQ vs VLAN vs VXLAN: ¿Cuál es la diferencia?

Las VLANs se han utilizado para resolver diferentes problemas, como el aislamiento de la red de capa 2, el flood; también sirven como interfaz de enrutamiento. Actualmente la función de soporte de VLAN está disponible en la mayoría de los sistemas y equipos de red, como switches Ethernet, routers y cortafuegos. Sin embargo, la comparación que realizamos en este artículo se centra principalmente en el etiquetado VLAN, el cual es esencial para realizar la comunicación entre redes VLAN distintas.

Como se ha mencionado anteriormente, el etiquetado VLAN utiliza el protocolo IEEE 802.1Q o el ISL (Inter-Switch Link, en español: enlace entre switches) para etiquetar las tramas que circulan a través de distintas redes VLAN. Las tramas etiquetadas con este método sólo tienen una etiqueta. Si comparamos la tecnología QinQ con la VLAN, la primera es más flexible. Por un lado, puede añadir etiquetas a las tramas o paquetes entrantes de forma selectiva, por otro lado, la etiqueta exterior de la VLAN resuelve el problema de la limitación de IDs de VLAN. Además, se evita el conflicto entre los ID de VLAN privados y los ID de VLAN públicos gracias a la etiqueta interior única, esto proporciona una sencilla solución de VPN de capa 2 para redes de pequeña o gran empresa.

Nota: la VLAN pertenece a la red pública.

En cuanto a la VXLAN, ofrece aproximadamente las mismas funciones que la tecnología QinQ, pero su capa de trabajo es más extensible. La VXLAN encapsula los paquetes mediante MAC-in-UDP, lo que amplía enormemente las redes de capa 2. Con el avance de la computación en nube, los inquilinos (tenants) tienen unos requisitos cada vez más exigentes para la construcción de redes, especialmente para el centro de datos virtualizado, lo que aumenta la necesidad de redes de capa 2. La MAC-in-UDP admite el uso de VIND de 24 bits, esto permite que el centro de datos acomode a múltiples inquilinos y que venza las limitaciones de la distancia física y el despliegue. Gracias a esto, las VXLAN han ido ganando popularidad en la computación en nube y en los centros de datos de virtualización durante los últimos años. Sin embargo, en comparación con las tecnologías VLAN y QinQ, la VXLAN es más cara y complicada, por lo que no todos los switches VLAN soportan esta función. Nuestros switches para centro de datos serie N admiten la VXLAN y otras funciones específicas para centros de datos, además han sido diseñados para ofrecer un alto rendimiento en las redes de capa 2/3, queremos destacar el N5860-48SC (48 x 10Gb SFP+, con 8 x 100Gb QSFP28 de enlace ascendente) y el N8560-48BC (48 x 25Gb SFP28, con 8 x 100Gb QSFP28 de enlace ascendente).

Conclusión

Con el rápido desarrollo de la tecnología VLAN y de las redes de capa 2/3, está claro que surgirán más tecnologías de gestión de redes superiores. Las tecnologías QinQ y VXLAN atestiguan que no todas las tecnologías son creadas por igual. Pero, al fin y al cabo, todas ellas han nacido para resolver las dificultades actuales y seguro que aportarán una mayor conveniencia a las redes del presente y a las del futuro.