网络虚拟化技术在现代网络架构中扮演着至关重要的角色，而其中的两个重要代表——虚拟局域网（VLAN）和虚拟扩展局域网（VXLAN）——在网络管理和扩展性方面发挥着独特的作用。本文将深入研究它们的区别，并通过丰富的例子来说明它们各自的应用场景。
什么是VLAN？
虚拟局域网（VLAN）是一种将单个物理网络划分为多个逻辑网络的技术。通过VLAN，网络管理员可以将不同的设备划分到不同的逻辑组，使它们就像连接到不同物理网络一样进行管理。
VLAN的实现主要依赖于交换机，它通过在数据包的头部添加标签（Tag）来将数据包归属到相应的VLAN。这个标签包含了VLAN的ID，标识了数据包所属的逻辑网络。交换机通过检查这个标签，将数据包传递到正确的VLAN。
VLAN 的分类
VLAN 的分类主要有两种：
- 基于端口的 VLAN (Port-Based VLAN):
VLAN 按照交换机端口进行划分，每个端口可以分配到一个或多个 VLAN。这是最常见的 VLAN 类型，通过手动配置交换机端口来将设备划分到不同的 VLAN 中。这种方式简单易用，但相对静态。
- 基于标签的 VLAN (Tag-Based VLAN 或者 802.1Q VLAN):
VLAN 标签是一种在以太网帧头部插入的标签，用于标识属于哪个 VLAN。通过在帧头中添加 VLAN 标签，可以在同一物理网络中传输多个 VLAN 的数据。这种方式允许更灵活的 VLAN 配置，但要求设备支持 802.1Q 协议。
VLAN的应用场景
1、部门划分
考虑一个大型企业，拥有多个部门，如销售、研发和市场。通过使用VLAN，网络管理员可以将每个部门的设备划分到不同的逻辑网络中。例如，销售部门的设备可以被划分到VLAN 10，研发部门的设备划分到VLAN 20，以实现彼此之间的逻辑隔离。
- VLAN 10 (销售)
- 设备1
- 设备2
- ...
- VLAN 20 (研发)
- 设备3
- 设备4
- ...
2、客户隔离
在网络服务提供商的情景中，不同客户可能共享相同的物理网络基础设施。使用VLAN，服务提供商可以为每个客户创建独立的VLAN，确保客户之间的逻辑隔离。例如，客户A的设备在VLAN 100，客户B的设备在VLAN 200。
- VLAN 100 (客户A)
- 设备A1
- 设备A2
- ...
- VLAN 200 (客户B)
- 设备B1
- 设备B2
- ...
什么是VXLAN？
虚拟扩展局域网（VXLAN）是一种用于在大规模云计算环境中扩展虚拟局域网的技术。相对于传统的VLAN，VXLAN提供了更大的网络标识空间，使得在复杂的网络架构中更容易实现虚拟化。
VXLAN通过在原始数据包的头部添加一个VXLAN标头来实现虚拟网络的扩展。这个标头包含一个24位的VNI（VXLAN网络标识符），用于标识虚拟网络。VXLAN标头将整个原始数据包封装在内，然后在底层网络上进行传输。
VXLAN的应用场景
1、大规模云环境
在云计算环境中，需要更灵活、可扩展的虚拟网络。VXLAN通过提供更大的标识空间，允许创建更多的虚拟网络，因此在大规模云环境中得到广泛应用。例如，每个租户可以拥有一个独立的VXLAN标识符，使得租户之间的网络隔离更为灵活。
2、跨数据中心连接
VXLAN不仅可以在同一数据中心内扩展虚拟网络，还能够跨越不同数据中心进行扩展。这种能力使得在全球范围内建立云服务更为容易，同时保持良好的性能和隔离。
- VXLAN 1001 (数据中心A)
- 虚拟机A1
- 虚拟机A2
- ...
- VXLAN 1002 (数据中心B)
- 虚拟机B1
- 虚拟机B2
- ...
VXLAN和VLAN优缺点
VXLAN 优缺点
优点
可扩展性： VXLAN 使用 24 位标识符，因此提高了可扩展性，允许创建多达 1600 万个隔离网络，适用于大规模云环境。
通过 IP 传输运行： VXLAN 在网络层使用 IP 协议进行封装，这使其能够跨越物理网络运行，提供更灵活的网络部署。
无需 STP（生成树协议）： 与传统的 VLAN 相比，VXLAN 不需要使用生成树协议，从而避免了一些与 STP 相关的限制和延迟。
大环境下维护方便： VXLAN 在大型环境下的维护相对较为方便，特别是在多租户结构中。
使用第 3 层协议： VXLAN 使用第 3 层协议，允许利用所有可用的路由协议，提供更灵活的网络配置。
缺点
难以扩展集中控制器： 在某些情况下，VXLAN 中的集中控制器可能难以扩展，这可能在大型部署中引起问题。
手动配置复杂： 在小型网络中，手动配置 VXLAN 可能会有些困难，需要更高水平的网络管理技能。
VXLAN 部署复杂： 部署 VXLAN 可能相对较复杂，特别是对于初学者来说，需要一些配置和调整。
VLAN 优缺点
优点
减小广播域： VLAN 可以减小广播域的大小，提高网络效率和性能。
成本效益： 相对于 VXLAN，VLAN 的实施相对简单，更具成本效益，特别是在小型网络中。
额外的安全层： VLAN 提供额外的安全层，因为它将网络划分为逻辑上独立的部分，减少了潜在的攻击面。
易于管理： 在小型网络中，VLAN 的管理相对容易，不需要过多的配置和复杂性。
逻辑分组： VLAN 允许根据设备的功能而不是位置对设备进行逻辑分组，提供更灵活的网络管理。
缺点
数据包泄漏： 数据包泄漏可能会发生，其中来自一个 VLAN 的数据包可以转移到另一个 VLAN，尤其是在缺乏适当隔离的情况下。
感染传播： 如果一个 VLAN 中的设备感染了恶意软件，这可能导致该感染传播到其他 VLAN 中。
大型网络需要额外路由器： 在大型网络中，VLAN 可能需要额外的路由器来控制流量，这增加了网络的复杂性。
无法直接转发到其他 VLAN： VLAN 通常无法直接将网络流量转发到其他 VLAN，需要额外的设备来实现这种通信。
VLAN与VXLAN的对比
1、标识空间
VLAN使用12位的VLAN ID，最多支持4096个虚拟网络。而VXLAN使用24位的VNI，支持近1700万个虚拟网络，提供更大的标识空间。
2、隔离性
VLAN通过在交换机上进行端口标记来实现逻辑隔离。而VXLAN通过在数据包中添加VXLAN标头来实现逻辑隔离，使其更为灵活和可扩展。
3、跨子网通信
VXLAN具有在不同子网中进行通信的能力，而VLAN通常限制在同一子网内。这使得VXLAN在大规模云环境中更为适用。
4、网络延迟
在网络性能方面，VXLAN通常比VLAN更适合应对大规模网络环境。由于VXLAN在传输数据包时引入了额外的封装（VXLAN标头），因此其网络延迟相对较低，使其在云计算和虚拟化场景中更具竞争力。
5、带宽利用率
VXLAN的大标识空间允许更多的虚拟网络存在于同一物理网络上，提高了带宽利用率。相比之下，VLAN由于标识空间有限，可能会在网络设计中受到约束，导致一些带宽浪费。
6、安全性考虑
VXLAN的灵活性带来了更多的配置选项，但同时也需要更多的安全措施来保护网络免受潜在的攻击。网络管理员在设计VXLAN网络时需要考虑安全性措施，例如网络隧道的加密等。
7、部署复杂性
VXLAN在部署方面可能相对复杂，需要更多的配置和管理。相比之下，VLAN的部署相对较为简单，特别是在小型网络中。
8、管理工具支持
由于VXLAN是相对较新的技术，一些传统的网络管理工具可能对其支持不足。而VLAN则是一种更为成熟和广泛支持的技术，具备更多的管理工具和支持。
这里瑞哥挑几个重点整理成表格，希望能够更加清晰的展示出两者的对比：
| 特性 | VLAN | VXLAN |
|---|---|---|
| 标识符和可扩展性 | 使用 12 位标识符，最多支持 4094 个 VLAN | 使用 24 位标识符，可扩展至 1600 万个 VXLANS |
| 连接层级 | 与所有端点的第 2 层以太网连接 | 每个 VXLAN 隧道端点之间的连接是第 3 层连接 |
| 冗余和环路避免 | 仅限于基于以太网的解决方案 | 基于第 2 层或第 3 层支持的任何内容 |
| 第 3 层扩展性 | 本身无法通过第 3 层网段进行扩展 | 可以扩展到第 3 层连接支持的任何可扩展性 |
| 配置和维护 | 在小型网络中易于配置和维护 | 通过正确的配置，即使在非常大的环境中，添加和扩展 VXLAN 也相对容易 |
| 多租户环境中的灵活性 | 在多租户环境中灵活性较差 | 与多租户环境中的 VLAN 相比更加灵活 |
| 封装方式 | 利用二层帧上的 VLAN 标签进行封装 | 使用 MAC-in-UDP 封装来跨端点扩展第 2 层网段 |
| 利用路径 | 使用 STP 阻止冗余路径，仅利用了一半的可用路径 | 使用底层第 3 层协议使用所有可用路径，更具成本效益 |
总结
通过本文的深入比较，我们可以看到VLAN和VXLAN在网络性能、安全性和管理方面存在一些差异。选择使用哪种技术取决于具体的网络需求和场景。在小型网络中，VLAN可能更为简便直接；而在大规模云计算环境中，VXLAN的扩展性和灵活性更具优势。
