网络虚拟化技术：VXLAN，与VLAN有啥区别？

来源：网络技术联盟站 

VXLAN（Virtual Extensible LAN）是一种网络虚拟化技术，旨在解决传统数据中心网络中的扩展性和隔离性问题。它允许在现有网络基础设施上创建一个可扩展的虚拟网络，使得虚拟机（VM）能够在一个逻辑网络中自由移动，无视底层物理网络的拓扑结构。

具体来说，VXLAN通过在现有网络之上建立逻辑隧道，将虚拟机的数据包封装在UDP数据包中，并通过IP网络进行传输。这种封装方式使得虚拟机的数据包可以跨越不同的子网和数据中心进行通信，同时保持网络的隔离性和安全性。

VXLAN的主要组成部分包括：

1. VXLAN标识符（VNI）：用于区分不同的虚拟网络，类似于VLAN标识符。
2. VTEP（VXLAN Tunnel Endpoint）：负责封装和解封VXLAN数据包的网络设备，通常是交换机或路由器。
3. 控制平面和数据平面：控制平面负责VXLAN隧道的建立和维护，数据平面负责实际的数据传输。

为什么需要VXLAN？

VXLAN（Virtual Extensible LAN）的出现是为了解决现代数据中心网络面临的挑战，其中包括：

1. 虚拟机动态迁移需求： 在虚拟化环境中，虚拟机（VM）的动态迁移已经成为一种常态。这种迁移可以带来诸如负载均衡、资源优化和容错等好处。然而，传统的网络架构通常无法满足虚拟机跨子网或跨数据中心的动态迁移需求，因为这些网络架构基于物理网络的二层和三层结构，无法提供足够的灵活性和可扩展性。

2. 租户隔离需求： 在云计算环境中，数据中心往往需要为多个租户提供服务。为了确保安全性和隔离性，不同租户之间的网络流量需要相互隔离。传统的VLAN技术在规模和隔离性方面存在局限，无法满足大规模、高度隔离的租户需求。

因此，VXLAN应运而生。

VXLAN好处

1. 虚拟机动态迁移的支持

VXLAN通过在现有网络之上建立逻辑隧道，将虚拟机的数据包封装在UDP数据包中进行传输。这种封装方式使得虚拟机的数据包可以跨越不同的子网和数据中心进行通信，同时保持网络的隔离性和安全性。这样，虚拟机就可以在不同的二层网络域中自由移动，无视底层物理网络的拓扑结构。

2. 大规模租户隔离的实现

VXLAN引入了VXLAN网络标识（VNI），用于标识不同的虚拟网络。VXLAN网络标识由24比特组成，理论上可支持多达16M的VXLAN段，大大提高了网络的可扩展性和灵活性，满足了大规模租户之间的隔离需求。

3. 灵活性和可扩展性

VXLAN基于现有的IP网络基础设施，不依赖于特定的硬件设备或厂商。这使得它能够更灵活地部署和扩展，适应不断变化的网络需求和规模。

4. 降低成本

通过在现有网络基础设施上实现虚拟化，VXLAN可以降低网络部署和管理的成本，同时提高网络的利用率和性能。

VXLAN与VLAN之间有何不同?

VXLAN（Virtual Extensible LAN）和VLAN（Virtual Local Area Network）是两种不同的网络隔离技术，它们在实现方式、功能和适用场景上有很大的不同。

1. 实现方式：

• VLAN： VLAN是一种基于二层（数据链路层）的网络隔离技术，通过在交换机上配置VLAN标识符（VLAN ID）来将网络划分为不同的虚拟网络。VLAN在单个物理网络中使用VLAN标签来识别和隔离不同的虚拟网络，实现不同用户或设备之间的隔离。

• VXLAN： VXLAN是一种基于三层（网络层）的网络虚拟化技术，通过在底层IP网络上建立虚拟隧道来扩展二层网络。VXLAN使用VXLAN网络标识符（VNI）来标识不同的虚拟网络，通过在UDP数据包中封装原始以太网帧来实现虚拟机之间的通信，从而跨越物理网络的限制。

2. 功能：

• VLAN： VLAN主要用于实现二层网络的隔离和划分，可以将单个物理网络划分为多个虚拟网络，不同的VLAN之间相互隔离，提高了网络的安全性和管理性。

• VXLAN： VXLAN不仅可以实现二层网络的隔离，还可以在底层IP网络上建立虚拟网络，实现虚拟机的大范围动态迁移和跨数据中心通信。VXLAN提供了更大的网络扩展性和灵活性，适用于大规模的云计算环境和虚拟化数据中心。

3. 适用场景：

• VLAN： VLAN适用于小型到中型规模的网络环境，特别是在企业内部局域网（LAN）中常见。它主要用于实现用户组织、安全隔离、流量管理等功能。

• VXLAN： VXLAN适用于大型数据中心网络，特别是在云计算环境和虚拟化数据中心中广泛应用。它能够满足大规模虚拟机动态迁移、多租户隔离、网络扩展等需求，提供更灵活、可扩展的网络架构。

💡记忆小技巧：VLAN和VXLAN都是用于网络隔离和虚拟化的技术，但它们在实现方式、功能和适用场景上有所不同。VLAN主要用于二层网络的隔离和划分，适用于小型到中型规模的网络环境；而VXLAN则是一种基于三层网络的虚拟化技术，适用于大型数据中心网络，能够实现虚拟机的大范围动态迁移和跨数据中心通信。

VXLAN 的工作原理

VXLAN 的工作原理是通过在底层 IP 网络上建立虚拟隧道，将二层数据包封装在 VXLAN 报文中进行传输，从而实现虚拟机之间的通信，同时克服传统 VLAN 的限制，扩展了网络的规模和灵活性。

1. VTEP（VXLAN Tunnel Endpoints）： VXLAN 的两端设备称为 VTEP。它们位于虚拟化环境中的物理交换机或虚拟交换机上，负责 VXLAN 数据包的封装和解封装。

2. VNI（VXLAN Network Identifier）： VNI 是 VXLAN 网络中虚拟网络的标识符，相当于 VLAN 中的 VLAN ID。不同 VNI 的虚拟机之间是逻辑上隔离的。

3. VXLAN 封装： 当虚拟机发出数据包时，数据包被 VTEP 捕获并封装成 VXLAN 数据包。VXLAN 头部包含 VNI 以及一些控制标志。封装后的数据包称为 VXLAN 报文。

4. UDP 封装： VXLAN 数据包会被封装在 UDP 报文中进行传输。这样做的好处是可以充分利用现有网络基础设施，无需对网络设备进行特殊的配置。

5. 底层 IP 网络传输： VXLAN 数据包通过底层 IP 网络进行传输，可以是公共互联网或者私有网络。

6. 目的 VTEP 解封装： VXLAN 数据包到达目的地后，目的 VTEP 对数据包进行解封装，提取原始数据包，并将其传递给目标虚拟机。