网络分段的重要性
在当今的IT环境中，网络分段对于管理和保护至关重要的基础设施起着不可或缺的作用。
虚拟可扩展局域网（VXLAN）和虚拟局域网（VLAN）是两种广泛应用于有效网络分段的技术。
本文将深入探讨VXLAN和VLAN的特性，以及它们如何塑造您的网络架构。
什么是VLAN？
VLAN，即虚拟局域网，是一种在计算机网络中将单个物理网络分割成多个逻辑网络的技术。
为了更好地理解这个概念，让我们来看一个例子。
想象一下，您在一栋拥有多个部门的大型办公楼工作，例如工程、营销和会计部门。
每个部门都拥有自己的计算机、打印机及其他网络设备。
然而，整栋办公楼仅共用一套物理网络基础设施。
若没有VLAN，办公楼内的所有设备都将处于同一个广播域中，这意味着它们会接收到所有的网络流量。这可能导致安全问题和低效的网络流量处理。
VLAN的出现正是为了解决这些问题。每个VLAN充当一个独立的广播域，从而实现更好的网络管理和性能。
假设我们创建三个VLAN，分别对应不同的部门。
VLAN 1：工程
VLAN 2：营销
VLAN 3：会计
当计算机或任何其他网络设备连接到网络时，它可以被分配到这些VLAN中的某一个。
例如，工程部门的所有计算机和设备都被分配到VLAN 1。
如果工程部门的一台计算机想要向同一VLAN内的另一台计算机发送消息，该消息将仅在VLAN 1内传输，而不会广播到其他VLAN中的设备，如营销或会计部门。
这种隔离确保了敏感信息仅能被同一VLAN内授权的设备访问。
什么是VXLAN？
VXLAN，即虚拟可扩展局域网，是一种网络虚拟化技术，用于在IP网络上扩展第二层（数据链路层）网段。它的出现是为了解决传统VLAN在大型数据中心环境中的局限性。
它通常用于数据中心和云环境中，以创建可以跨越多个物理网段的逻辑网络覆盖。
VXLAN将第二层以太网帧封装在第三层UDP数据包中，从而允许它们通过IP网络传输。
VXLAN是如何工作的？
假设您有一个大型数据中心，其中有多个物理服务器和在这些服务器上运行的虚拟机（VM）。
在传统的基于VLAN的网络中，每个虚拟机都会被分配到特定的VLAN。不同VLAN中的虚拟机之间的通信需要在第三层进行路由。
这种方法可能变得复杂，并且由于可用VLAN ID的数量有限，可能会遇到可扩展性问题。
让我们通过一个具体的场景来了解VXLAN的工作原理。
假设有两台物理主机，主机1中有VM1和VM2，主机2中有VM3和VM4。
假设主机1和主机2都属于启用VXLAN的网络，并且VM1想要与VM3进行通信。
VXLAN配置
主机1和主机2配置为VXLAN隧道端点（VTEP）。这意味着它们拥有必要的软件或硬件组件来处理VXLAN封装和解封装。
VXLAN网络标识符（VNI）
为虚拟网络分配一个唯一的VNI。假设该网络的VNI为1001。
封装
位于主机1上的VM1想要与位于主机2上的VM3进行通信。
当VM1向VM3发送数据包时，会使用VXLAN标头进行封装。
VXLAN标头包括源和目标VTEP地址（主机1和主机2的IP地址）以及VNI（1001）。
底层IP网络
封装后的数据包通过底层IP网络传输，可以是IPv4或IPv6。IP网络充当VXLAN数据包的传输基础设施。
解封装
收到数据包后，主机2上的VTEP解封装VXLAN标头，从而显示原始的第二层以太网帧。
传输至VM3
解封装后，VTEP将第二层以太网帧下发给主机2上的VM3。
主机1上的VM1可以与主机2上的VM3进行通信，就好像它们连接到同一个第二层以太网一样，即使它们位于不同的物理主机上。
VXLAN通过在第三层网络上封装和隧道传输第二层流量来实现此通信，从而允许跨越网络边界扩展第二层连接。
VLAN的优势
广播控制
广播流量被限制在每个VLAN内，这减小了整体广播域的大小，并减轻了可能降低网络性能的流量影响。
安全性
通过将不同的用户或设备组划分到单独的广播域中来实现网络隔离，增强了安全性。这种隔离限制了潜在安全漏洞或未经授权的访问的范围，从而提高了整体网络安全性。
服务质量（QoS）
VLAN可用于实施服务质量机制，允许网络管理员确定某些类型流量的优先级或应用特定策略。他们可以设置应用程序应接收高带宽的限制。
简化网络管理
通过在逻辑上将大型物理网络划分为较小的虚拟网络来简化网络管理。这种分段有助于组织设备并简化网络管理任务。
VXLAN的优势
可扩展性
VXLAN允许创建多达1600万个虚拟网络，解决了传统VLAN仅有4,096个数量的局限性。这种可扩展性是通过24位的VXLAN网络标识符（VNI）实现的。
网络分段
它通过将第二层以太网帧封装在UDP数据包中来实现高效的网络分段。这允许创建可以跨越物理边界（如数据中心或云环境）的隔离虚拟网络。
多租户
VXLAN支持多租户模式，允许多个组织在共享同一物理基础设施的同时维护自己隔离的虚拟网络。
第三层网络上的第二层扩展
VXLAN有助于在第三层网络上扩展第二层连接。
这对于构建地理分布的数据中心非常重要，并且可以实现虚拟机在不同站点之间的移动性，而无需虚拟专用LAN服务（VPLS）等复杂的第二层扩展技术。
比较表
以下是VXLAN和VLAN的比较表。
| 功能 | VXLAN | VLAN |
| 封装 | 使用UDP进行数据包封装和传输 | 无封装 – 依赖802.1Q标记 |
| 可扩展性 | 支持多达1600万个虚拟网络 | 限制为4,096个VLAN |
| 网络隔离 | 启用跨第三层边界的隔离第二层网络 | 在第二层网络内提供隔离 |
| 广播流量处理 | 使用基于多播或单播的复制来优化广播流量 | 广播流量传播到VLAN内的所有端口 |
| 跨越多个站点 | 允许跨地理位置扩展第二层网络 | 仅限于单个广播域 |
| 管理 | 需要VXLAN网关来互连虚拟和物理网络 | 可以通过VLAN感知交换机进行管理 |
正确实施VXLAN需要支持必要协议和封装技术的VXLAN设备。可以借助这些设备创建和管理VXLAN网络。
另一方面，VLAN在当前网络基础设施中更广泛应用且易于实施，因为大多数网络设备都支持它们，而无需额外的硬件或专门支持。
VLAN的用例
服务器虚拟化
VLAN通过在虚拟化环境中同一物理服务器上的虚拟机之间提供隔离，实现高效的网络管理。
数据中心
用于服务器场和数据中心来管理大量服务器。它使管理员能够根据服务器的角色或应用程序对服务器进行分组。
访客网络
在酒店或公司办公室等环境中创建单独的访客网络，为访客提供互联网访问，同时将他们与组织的内部网络隔离。
虚拟专用网络
VLAN与VPN结合使用，可以在地理位置分散的站点之间创建安全连接。组织可以将其专用网络扩展到多个位置，同时保持逻辑分离。
测试与开发
为测试和开发目的提供隔离的环境。开发人员可以创建专用于测试新应用程序或服务的VLAN，而不会影响生产网络。
VXLAN的用例
数据中心互连
VXLAN用于通过WAN互连多个数据中心。它扩展了数据中心之间的第二层连接，允许虚拟机和工作负载在站点之间迁移，同时保持其网络配置。
云基础设施
它通常用于云环境中，为基于云的服务和应用程序提供网络虚拟化。它允许跨云基础设施高效地分配工作负载。
覆盖网络
VXLAN是覆盖网络的基础，使网络工程师能够动态分配资源并适应不断变化的工作负载需求。
灾难恢复
用于灾难恢复场景，在主数据中心和辅助数据中心之间提供网络连接和故障转移（备份操作模式）。
作者的话✍️
VXLAN和VLAN之间的选择取决于网络基础设施的具体需求。这两种技术都有各自的优点和需要考虑的因素。
如果您需要可处理大量虚拟机或网段的可扩展解决方案，那么VXLAN是推荐的选择。它提供了更大的地址空间并允许更轻松的工作负载移动。
如果您的网络规模较小且要求较简单，那么VLAN可能是最佳选择。VLAN已经很成熟，并且在大多数网络设备中得到广泛支持。它们易于配置和管理。
我希望本文对您理解VXLAN和VLAN之间的区别有所帮助。您可能还有兴趣了解网络访问控制以及如何实施它。