vxlan和vlan有什么区别

vxlan和vlan有什么区别

以下先说明vlan和vxlan在定义与表现上的区别：
VLAN (Virtual Local Area Network)意为虚拟局域网，是在交换机实现过程中涉及到的概念，由802.1Q标准所定义。由于交换机是工作在链路层的网络设备，连接在同一台交换机的终端处于同一个三层网中，同时也处于同一个广播域。当交换机接入较多的终端时，任意一台终端发送广播报文时（例如：ARP请求），报文都会传遍整个网络。
对于规模较大的组网场景，广播报文的泛滥对于网络通信将会造成较大的影响。VLAN技术为这一问题提供了解决方案，VLAN将同一网络划分为多个逻辑上的虚拟子网，并规定当收到广播报文时，仅仅在其所在VLAN中进行广播从而防止广播报文泛滥。VLAN技术在链路层的层次中实现了广播域的隔离。
VXLAN(Virtual eXtential LAN)意为虚拟可拓展局域网。随着大数据、云计算技术的兴起以及虚拟化技术的普及，VLAN技术的弊端逐渐显现出来，具体表现为如下3个方面：
(1) 虚拟化技术的发展促使大数据、云计算技术公司采用单个物理设备虚拟多台虚拟机的方式来进行组网，随着应用模块的增加，对于支持VLAN数目的要求也在提升，802.1Q标准中的最多支持4094个VLAN的能力已经无法满足当下需求。
(2) 公有云提供商的业务要求将实体网络租借给多个不同的用户，这些用户对于网络的要求有所不同，而不同用户租借的网络有很大的可能会出现IP地址、MAC地址的重叠，传统的VLAN仅仅解决了同一链路层网络广播域隔离的问题，而并没有涉及到网络地址重叠的问题，因此需要一种新的技术来保证在多个租户网络中存在地址重叠的情况下依旧能有效通信的技术。
(3)台以上主机的通信连接才足以满足应用需求，而虚拟化技术使得单台主机可以虚拟化出多台虚拟机同时运行，而每台虚拟机都会有其唯一的MAC地址。这样，为了保证集群中所有虚机可以正常通信，交换机必须保存每台虚机的MAC地址，这样就导致了交换机中的MAC表异常庞大，从而影响交换机的转发性能。
相比VLAN技术，VXLAN技术具有以下的优势：
1.24位长度的VNI字段值可以支持更多数量的虚拟网络，解决了VLAN数目上限为4094的局限性的问题。
2.VXLAN技术通过隧道技术在物理的三层网络中虚拟二层网络，处于VXLAN网络的终端无法察觉到VXLAN的通信过程，这样也就使得逻辑网络拓扑和物理网络拓扑实现了一定程度的解耦，网络拓扑的配置对于物理设备的配置的依赖程度有所降低，配置更灵活更方便。
3. VLAN技术仅仅解决了二层网络广播域分割的问题，而VXLAN技术还具有多租户支持的特性，通过VXLAN分割，各个租户可以独立组网、通信，地址分配方面和多个租户之间地址冲突的问题也得到了解决。
为了保证VXLAN机制通信过程的正确性，rfc7348标准中规定，涉及到VXLAN通信的IP报文一律不允许分片，这就要求物理网络的链路层实现中必须提供足够大的MTU值，保证VXLAN报文的顺利传输，这一点可以理解为当前VXLAN技术的局限性。

VLAN ID范围 范围 用途 备注 0，4095 保留 仅限系统使用 用户不能查看和使用这些VLAN1 正常 Cisco默认VLAN 用户能够使用该VLAN，但不能删除它2-1001 正常 用于以太网的VLAN 用户可以创建、使用和删除这些VLAN1002-1005 正常 用于FDDI和令牌环的Cisco默认VLAN 用户不能删除这些VLAN1006-1024 保留 仅限系统使用 用户不能查看和使用这些VLAN1025-4094 扩展 仅用于以太网VLAN

VLAN简介：
VLAN：Virtual LAN，又叫“虚拟局域网”。
VLAN的作用，主要是将一个大的广播域隔离开来，形成多个小的广播域，各个广播域内可以互通，广播域之间默认不能直接通讯。
为什么需要VLAN？
如果一个公司的网络，有1000台主机，有10个部门。
如果用交换机将这些设备互联起来，不做任何隔离的行为，默认这些主机都在同一个广播域，那么部门与部门之间的流量是可以互相传递、收到的。
如果做任何物理或者逻辑上的隔离，加入销售部的一台电脑发出了一个广播包，这个广播包是会泛洪到整个网络的所有设备上，每台电脑都会收到这个广播包。
这会严重的浪费系统资源，也会造成安全隐患，比如有一个用户在不停的发ARP包，每秒钟发10万个，那整个网络的所有设备每秒钟都要去处理大量的ARP包，这会消耗大量的CPU、内存以及带宽，从而无法利用空闲的资源去完成真正需要的通讯。
所以，使用VLAN技术，可以将一个大的广播域，根据需求去切割开来，分成若干的小型的广播域，每种数据帧（单播、广播、组播）都只能在同一个VLAN里泛洪，如果要传到其他VLAN去，就必须要经过三层路由来转发。
如下图：
这就是规划了三个VLAN之后网络的通讯方式。（红色虚线之间的设备是可以通信的）
交换机的端口加入vlan有三种方式，分别是access、trunk和hybrid。
1、access端口只能加入一个vlan，一般用来连接交换机和pc，也可以连接交换机和交换机。
2、trunk端口可以加入多个vlan，就是说可以允许多个vlan的报文通过。trunk端口有一个默认vlan，如果收到的报文没有vlan ID，就把这个报文当做默认vlan的报文处理。trunk口一般用于连接两台交换机，这样可以只用一条trunk连接实现多个vlan的扩展（因为trunk允许多个vlan的数据通过，如果用access口，那么一个vlan就要一条连接，多个vlan要多个连接，而交换机的接口是有限的）。对于trunk口发送出去的报文，只有默认vlan的报文不带vlan ID，其它vlan的报文都要带vlan ID（要不然，对端的交换机不知道该报文属于哪个vlan，无法处理，也就不能实现vlan跨交换机扩展了）。简而言之，trunk端口的设计目的就是通过一条连接实现多个vlan的跨交换机扩展。
3、trunk端口是hybrid端口的特例，就是说hybrid端口可以实现比trunk端口更多的功能。hybrid端口可以加入多个vlan，并可以设置该vlan的报文通过该端口发送是是否带vlan ID（trunk端口不能设置，只有默认vlan的报文不带vlan ID进行发送）。通过下面的两个例子（转载的），大家应该可以看出hybrid端口的设计目的。
VID”（VLAN ID）是对VLAN的识别字段，为12位。支持4096（2^12）VLAN的识别。在4096可能的VID中，VID=0用于识别帧优先级。4095（FFF）作为预留值，所以VLAN配置的最大可能值为4094
一 . 为什么需要Vxlan
1. vlan的数量限制
4096个vlan远不能满足大规模云计算数据中心的需求
2. 物理网络基础设施的限制
基于IP子网的区域划分限制了需要二层网络连通性的应用负载的部署
3. TOR交换机MAC表耗尽
虚拟化以及东西向流量导致更多的MAC表项
4. 多租户场景
IP地址重叠？
二. 什么是Vxlan
1. Vxlan报文
vxlan(virtual Extensible LAN)虚拟可扩展局域网，是一种overlay的网络技术，使用MAC in UDP的方法进
行封装，共50字节的封装报文头。具体的报文格式如下：
(1) vxlan header
共计8个字节，目前使用的是Flags中的一个8bit的标识位和24bit的VNI(Vxlan Network identifier)，
其余部分没有定义，但是在使用的时候必须设置为0x0000。
(2) 外层的UDP报头
目的端口使用4798，但是可以根据需要进行修改。同事UDP的校验和必须设置成全0。
(3) IP报文头
目的IP地址可以是单播地址，也可以是多播地址。单播情况下，目的IP地址是Vxlan Tunnel End Point
(VTEP)的IP地址。在多播情况下引入VXLAN管理层，利用VNI和IP多播组的映射来确定VTEPs。？？？
protocol：设置值为0x11，显示说明这是UDP数据包
Source ip: 源vTEP_IP;
Destination ip: 目的VTEP IP。
(4) Ethernet Header
Destination Address：目的VTEP的Mac 地址，即为本地下一跳的地址(通常是网关Mac 地址)；
VLAN: VLAN Type被设置为0x8100， 并可以设置Vlan Id tag(这就是vxlan的vlan 标签)。
Ethertype：设置值为0x8000，指明数据包为IPv4的。
补充：VTEP的作用？
用于对VXLAN报文进行封装/解封装，包括ARP请求报文和正常的VXLAN数据报文，在一段封装报文
后通过隧道向另一端VTEP发送封装报文，另一端VTEP接收到封装的报文解封装后根据封装的MAC地址
进行装法。VTEP可由支持VXLAN的硬件设备或软件来实现。
从封装的结构上来看，VXLAN提供了将二层网络overlay在三层网络上的能力，VXLAN Header中的VNI有
24个bit，数量远远大于4096，并且UDP的封装可以穿越三层网络，比VLAN有更好的扩展性。
2. Vxlan的数据和控制平面
(1) 数据平面---隧道机制
已经知道，VTEP为虚拟机的数据包加上了层包头，这些新的报头之有在数据到达目的VTEP后才会被去掉。
中间路径的网络设备只会根据外层包头内的目的地址进行数据转发，对于转发路径上的网络来说，一个Vxlan
数据包跟一个普通IP包相比，出了个头大一点外没有区别。
由于VXLAN的数据包在整个转发过程中保持了内部数据的完整，因此VXLAN的数据平面是一个基于隧道
的数据平面。
(2) 控制平面----改进的二层协议
VXLAN不会在虚拟机之间维持一个长连接，所以VXLAN需要一个控制平面来记录对端地址可达情况。控制
平面的表为(VNI，内层MAC，外层vtep_ip)。Vxlan学习地址的时候仍然保存着二层协议的特征，节点之间不会
周期性的交换各自的路由表，对于不认识的MAC地址，VXLAN依靠组播来获取路径信息(如果有SDN Controller，
可以向SDN单播获取)。
另一方面，VXLAN还有自学习的功能，当VTEP收到一个UDP数据报后，会检查自己是否收到过这个虚拟机的
数据，如果没有，VTEP就会记录源vni/源外层ip/源内层mac对应关系，避免组播学习。
3. VxlanARP请求
(1) vxlan初始化
VM1和VM2连接到VXLAN网络(VNI)100，两个VXLAN主机加入IP多播组239.119.1.1
(2) ARP请求
1) VM1以广播的形式发送ARP请求；
2) VTEP1封装报文。打上VXLAN标识为100，外层IP头DA为IP多播组(239.119.1.1)，SA为IP_VTEP1.
3) VTEP1在多播组内进行多播；
4) VTEP2解析接收到多播报文。填写流表(VNI, 内层mac地址，外层Ip地址)，并在本地VXLAN标识为100的范围内
广播(是VXLAN的用武之地)。
5) VM2对接收到的ARP请求进行响应；
(3) ARP应答
1) VM2准备ARP响应报文后向VM1发送响应报文
2)VTEP2接收到VM2的响应报文后把它封装在ip单播报文中（VXLAN标识依然为100），然 后向VM1发送单播
3)VTEP1接收到单播报文后，学习内层MAC到外层ip地址的映射，解封装并根据被封装内容的目的MAC地址转发给VM1
4)VM1接收到ARP应答报文，ARP交互结束
4 数据传输
(1) ARP请求应答之后，VM1知道了VM2的Mac地址，并且要向VM2通信(注意，VM1是以TCP的方法向VM2发送数据的)。
VTEP1 收到VM1发送数据包，用MAC地址从流表中检查VM1与VM2是否属于用一个VNI。两个VM不但位于同一个VNI中
(不在同一个VNI中出网关)，并且VTEP1已经知道了VM2的所有地址信息(MAC和VTEP2_IP)。VTEP1封装新的数据包。然后
交给上联交换机。
(2) 上联交换机收到服务器发来的UDP包，对比目的IP地址和自己的路由表，然后将数据报转发给相应的端口。
(3) 目的VTEP收到数据包后检查器VNI，如果UDP报中VNI与VM2的VNI一致，则将数据包解封装后交给VM2进一步处理。至此
一个数据包传输完成。整个Vxlan相关的行为(可能穿越多个网关)对虚拟机来说是透明的，虚拟机不会感受传输的过程。
虽然VM1与VM2之间启动了TCP来传输数据，但数据包一路上实际是以UDP的形式被转发，两端的VTEP并不会检查数据是否
正确或者顺序是否完整，所有的这些工作都是在VM1和VM2在接收到解封装的TCP包后完成的。也就是说如果说如果被UDP封装
的是TCP连接，那么UDP和TCP将做为两个独立的协议栈各自工作，相互之间没有交互。
5 Vxlan网关
如果需要VXLAN网络和非VXLAN网络连接，必须使用VXLAN网关才能把VXLAN网络和外部网络进行桥接和
完成VXLAN ID和VLAN ID之间的映射和路由，和VLAN一样，VXLAN网络之间的通信也需要三层设备的支持，
即VXLAN路由的支持。同样VXLAN网关可由硬件和软件来实现。
从封装的结构上来看，VXLAN提供了将二层网络overlay在三层网络上的能力，VXLAN Header中的VNI有
24个bit，数量远远大于4096，并且UDP的封装可以穿越三层网络，比VLAN有更好的扩展性。
6.部署
(1) 纯VXLAN部署场景
对于连接到VXLAN内的虚拟机，由于虚拟机的VLAN信息不再作为转发的依据，虚拟机的迁移也就
不再受三层网关的限制，可以实现跨越三层网关的迁移。
(2) VXLAN与VLAN混合部署
为了实现VLAN和VXLAN之间互通，VXLAN定义了VXLAN网关。VXLAN网关上同时存在两种类型的端口：VXLAN端口
和普通端口。
当收到从VXLAN网络到普通网络的数据时，VXLAN网关去掉外层包头，根据内层的原始帧头转发到普通端口上；当有数据
从普通网络进入到VXLAN网络时，VXLAN网关负责打上外层包头，并根据原始VLAN ID对应到一个VNI，同时去掉内层包头
的VLAN ID信息。相应的如果VXLAN网关发现一个VXLAN包的内层帧头上还带有原始的二层VLAN ID，会直接将这个包丢弃。
之所以这样，是VLAN ID是一个本地信息，仅仅在一个地方的二层网络上其作用，VXLAN是隧道机制，并不依赖VLAN ID进行
转发，也无法检查VLAN ID正确与否。因此，VXLAN网关连接传统网络的端口必须配置ACCESS口，不能启用TRUNK口。