VXLAN چیست؟ معرفی کامل Virtual Extensible LAN در شبکه

با گسترش دیتاسنترها، مجازی‌سازی و معماری‌های Cloud، محدودیت‌های شبکه‌های سنتی مبتنی بر VLAN بیش از پیش نمایان شد. فناوری VXLAN (Virtual Extensible LAN) به‌عنوان یک راهکار مدرن معرفی شد تا امکان ایجاد شبکه‌های لایه دوم مقیاس‌پذیر روی زیرساخت لایه سوم را فراهم کند و پاسخگوی نیازهای شبکه‌های امروزی باشد.

VXLAN چیست؟

VXLAN یک فناوری شبکه مبتنی بر Overlay است که اجازه می‌دهد فریم‌های لایه دوم روی یک شبکه لایه سوم مبتنی بر IP منتقل شوند. در VXLAN ترافیک لایه 2 داخل بسته‌های UDP کپسوله می‌شود و از طریق شبکه Underlay ارسال می‌گردد، بدون اینکه محدودیت‌های VLAN در مسیر وجود داشته باشد.

VXLAN با معرفی شناسه‌ای به نام VNI (VXLAN Network Identifier)، امکان ایجاد بیش از 16 میلیون شبکه منطقی مجزا را فراهم می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود VXLAN بستری ایده‌آل برای دیتاسنترهای بزرگ، محیط‌های Multi‑Tenant و زیرساخت‌های Cloud باشد که به انعطاف‌پذیری و مقیاس‌پذیری بسیار بالا نیاز دارند.

چرا VXLAN معرفی شد؟

VXLAN برای رفع محدودیت‌های VLAN مانند سقف 4096 شبکه، وابستگی شدید به لایه 2 و مشکل توسعه‌پذیری در دیتاسنترهای بزرگ معرفی شد. این فناوری با انتقال لایه 2 روی لایه 3، امکان گسترش ساده شبکه، جداسازی بهتر Tenantها و پشتیبانی از معماری‌های مدرن مبتنی بر مجازی‌سازی و Cloud را فراهم می‌کند.

معماری VXLAN چگونه است؟

معماری VXLAN بر پایه تفکیک لایه‌های شبکه و جداسازی وظایف انتقال داده و منطق شبکه طراحی شده است. این معماری از دو بخش اصلی Underlay و Overlay تشکیل می‌شود که با کمک IP Fabric، امکان ایجاد شبکه‌های مقیاس‌پذیر، انعطاف‌پذیر و مستقل از توپولوژی فیزیکی را فراهم می‌کند.

Underlay Network

Underlay Network شبکه فیزیکی و پایه‌ای است که وظیفه انتقال بسته‌های IP را بر عهده دارد. این لایه معمولاً یک شبکه لایه 3 پایدار و ساده است که با استفاده از پروتکل‌هایی مانند OSPF، IS-IS یا BGP مسیریابی را انجام می‌دهد و بدون درگیر شدن با جزئیات لایه 2، فقط بهترین مسیر IP بین VTEPها را فراهم می‌کند.

Overlay Network

Overlay Network شبکه منطقی ایجادشده روی Underlay است که VXLAN در آن عمل می‌کند. در این لایه، فریم‌های لایه 2 داخل بسته‌های UDP کپسوله می‌شوند و از طریق زیرساخت لایه 3 منتقل می‌گردند، به‌طوری که ماشین‌های مجازی و سرویس‌ها احساس می‌کنند در یک شبکه لایه 2 مشترک قرار دارند، حتی اگر از نظر فیزیکی در مکان‌های متفاوتی باشند.

نقش IP Fabric در VXLAN

IP Fabric ستون فقرات معماری VXLAN محسوب می‌شود و معمولاً با توپولوژی‌هایی مانند Leaf-Spine پیاده‌سازی می‌گردد. IP Fabric یک شبکه کاملاً لایه 3 با مسیرهای متعدد و تأخیر کم است که امکان توزیع یکنواخت ترافیک، افزونگی بالا و همگرایی سریع را فراهم می‌کند و باعث می‌شود VXLAN بدون وابستگی به ساختار سنتی لایه 2 به‌صورت پایدار عمل کند.

نقش VTEP در معماری VXLAN

VTEP (VXLAN Tunnel Endpoint) نقطه‌ای است که فرآیند کپسوله‌سازی و Decapsulation در آن انجام می‌شود. VTEP می‌تواند روی سوئیچ فیزیکی یا به‌صورت نرم‌افزاری در Hypervisor پیاده‌سازی شود و مسئول تبدیل فریم‌های لایه 2 به بسته‌های VXLAN و ارسال آن‌ها در شبکه Underlay و بالعکس است.

مزایا و معایب VXLAN

مزایا	معایب
مقیاس‌پذیری بسیار بالا	پیچیدگی طراحی و پیاده‌سازی
مستقل از توپولوژی فیزیکی	نیاز به دانش مناسب Underlay و Overlay
مناسب برای Multi‑Tenant	وابستگی به MTU مناسب
سازگار با معماری‌های Cloud و مجازی‌سازی	Troubleshooting دشوارتر نسبت به VLAN
کاهش وابستگی به STP

فناوری‌های مشابه VXLAN

MPLS

MPLS (Multiprotocol Label Switching) یک فناوری مبتنی بر برچسب‌گذاری است که بیشتر در شبکه‌های Service Provider و WAN استفاده می‌شود. در MPLS به‌جای بررسی آدرس IP، بسته‌ها بر اساس Label هدایت می‌شوند که باعث افزایش سرعت و کنترل بهتر مسیر ترافیک می‌گردد. اگرچه MPLS امکان ایجاد شبکه‌های مجازی (VPN) را فراهم می‌کند، اما پیاده‌سازی آن پیچیده‌تر از VXLAN بوده و معمولاً برای محیط‌های دیتاسنتری مدرن و Cloud‑Native گزینه ایده‌آلی محسوب نمی‌شود.

آشنایی کامل با پروتکل MPLS و مزایای آن در مسیریابی شبکه

NVGRE

NVGRE (Network Virtualization using GRE) یک فناوری Overlay است که توسط مایکروسافت معرفی شد و از پروتکل GRE برای کپسوله‌سازی ترافیک لایه 2 روی لایه 3 استفاده می‌کند. NVGRE هدفی مشابه VXLAN دارد و از شناسه‌ای به نام VSID برای تفکیک شبکه‌ها بهره می‌برد، اما به‌دلیل پشتیبانی محدود سخت‌افزاری و نبود اکوسیستم قوی، نتوانست به اندازه VXLAN در دیتاسنترها فراگیر شود.

VLAN

VLAN (Virtual LAN) ساده‌ترین و قدیمی‌ترین روش برای جداسازی منطقی شبکه‌ها در لایه دوم است. VLAN برای شبکه‌های کوچک و متوسط بسیار کارآمد است، اما به‌دلیل محدودیت تعداد VLANها (4096 عدد)، وابستگی به STP و دشواری گسترش در مقیاس بزرگ، پاسخگوی نیاز دیتاسنترها و محیط‌های Cloud نیست و همین محدودیت‌ها زمینه‌ساز پیدایش فناوری‌هایی مانند VXLAN شده‌اند.

VLAN چیست و چرا VLAN بندی می کنیم؟

مقایسه VXLAN با VLAN

VLAN یک فناوری سنتی لایه دوم است که برای جداسازی Broadcast Domainها در شبکه‌های کوچک و متوسط طراحی شده و وابستگی شدیدی به توپولوژی لایه 2 دارد. با افزایش ابعاد شبکه و نیاز به توسعه VLAN به‌دلیل محدودیت تعداد، پیچیدگی STP و دشواری گسترش در مقیاس دیتاسنتری با چالش مواجه می‌شود.

در مقابل VXLAN با استفاده از معماری Overlay، شبکه لایه دوم را روی بستر لایه سوم توسعه می‌دهد و وابستگی به ساختار فیزیکی شبکه را از بین می‌برد. VXLAN امکان مقیاس‌پذیری بالا، توزیع بار بهتر و پیاده‌سازی معماری‌های مدرن مانند Leaf‑Spine و Cloud را فراهم می‌کند؛ موضوعی که با VLAN به‌تنهایی قابل دستیابی نیست.

	VLAN	VXLAN
مدل شبکه	لایه ۲	Overlay روی لایه ۳
شناسه شبکه	VLAN ID (۱۲ بیت)	VNI (24 بیت)
حداکثر تعداد شبکه‌ها	۴۰۹۶	بیش از ۱۶ میلیون
وابستگی به توپولوژی شبکه	بالا	بسیار کم
مناسب برای دیتاسنتر	کم	بسیار مناسب
کنترل ترافیک Broadcast	ضعیف در مقیاس بزرگ	بهینه‌تر با EVPN
قابلیت توسعه‌پذیری	پایین	بسیار بالا
تمرکز اصلی	فرایند و کنترل	همکاری و سازگاری
بازخورد مشتری	دیرهنگام	سریع و مستمر
زمان واکنش به خطا	طولانی	کوتاه و در هر چرخه قابل اصلاح

جمع‌بندی…

VXLAN به‌عنوان یک فناوری Overlay مدرن، محدودیت‌های شبکه‌های سنتی مبتنی بر VLAN را برطرف کرده و امکان پیاده‌سازی شبکه‌های مقیاس‌پذیر، انعطاف‌پذیر و مناسب برای دیتاسنتر و Cloud را فراهم می‌کند. جداسازی منطقی شبکه‌ها با استفاده از VNI، استقلال از توپولوژی فیزیکی و سازگاری با معماری IP Fabric باعث شده VXLAN به یکی از ستون‌های اصلی شبکه‌های دیتاسنتری مدرن تبدیل شود.