利用 VXLAN 技术实现可扩展的 VoIP 和 UC 部署

现代企业网络日益复杂，在可扩展性和分段方面面临巨大挑战。这在传统的二层架构中尤为明显。为了突破这些限制，可扩展虚拟局域网络 (VXLAN) 等技术应运而生，提供了一种可扩展且灵活的解决方案，可将二层网络扩展到三层基础设施上。

随着 VoIP 和 UC 技术不断利用虚拟化和云基础架构，了解 VXLAN 等技术对于部署此类应用至关重要。本文将探讨 VXLAN 是什么，以及它如何助力实现现代 VoIP 和 UC 部署。

了解 OSI 层

在设计网络时，开放系统互连 (OSI) 模型可用于概念化数据在网络中的传输方式。它有助于理解网络通信的方方面面，从物理传输到应用层处理。每一层都负责实现通信的各种网络机制。

第 2 层和第 3 层分别负责物理和逻辑寻址，分别称为数据链路层和网络层。以太网和 MAC 地址位于数据链路层，而 IPv4 和 IPv6 地址以及路由则位于网络层。

这种层次划分有助于网络的设计和运营。随着网络规模的扩大，这一点变得更加重要。例如，下图显示了一个由多个网段组成的大型企业网络，用黄色圆圈和椭圆表示。这些网段内的主机之间的通信使用第 2 层机制，例如以太网和 MAC 寻址。这用绿色通信箭头表示。不同网段中的主机之间的端到端通信必须使用第 3 层机制，例如 IP 路由，如红色箭头所示。但请注意，从终端设备到终端设备进行的第 3 层通信也需要底层第 2 层通信逐跳进行。

除了上述网络中的物理分段之外，还可以使用虚拟局域网 (VLAN) 进行额外的逻辑分段。这些在交换机内配置，以将网络进一步细分为多个段。

网络分段限制

传统的网络分段和 VLAN 实现对于此类企业网络来说已经足够。然而，对于数据中心、云计算基础设施和虚拟化环境的网络而言，这种安排存在一些局限性，包括：

可扩展性：由于 IEEE 802.1Q 标准定义的 VLAN 字段长度为 12 位，传统 VLAN 最多只能容纳 4,096 个虚拟网段。这对于公共云或现代数据中心而言是远远不够的。
二层扩展：现代应用程序通常需要将二层网段扩展到地理位置分散的数据中心。虽然使用 VLAN 的传统网络分段具有一定的灵活性，但在这方面仍然相当有限。
实现虚拟机 (VM) 移动性：随着工作负载虚拟化，它们可以在运行的物理主机之间动态迁移。然而，传统的 VLAN 无法在这种动态环境中保持一致的网络策略。

在构建能够支持尖端应用程序、多租户架构和混合云部署的动态特性的现代网络基础设施时，这些限制至关重要。VXLAN 正是为此而生。

VXLAN 如何提供灵活性和可扩展性

VXLAN 是一种覆盖网络协议，旨在通过在第 3 层基础设施上创建虚拟第 2 层网络来解决传统基于 VLAN 的分段的局限性。

如上图所示，底层网络由传统的第 3 层基础设施组成，该基础设施可能使用 IPv4 或 IPv6 作为主要寻址和路由机制。VXLAN 通过将以太网帧封装在用户数据报协议 (UDP) 数据包中，在此基础上创建覆盖网络，从而使这些帧能够通过 IP 网络进行隧道传输。

这些 VXLAN 隧道将端点交换机互连，使其能够连接终端设备，包括主机、虚拟机 (VM)、容器、工作流或任何其他终端设备实体。最终，您将获得一个灵活、可扩展且适应性极强的二层基础架构，该基础架构可部署在任何三层网络之上。这使其非常适合可扩展性、移动性和隔离性至关重要的现代数据中心、云环境和虚拟化环境。

VXLAN 的优势

VXLAN 旨在克服在数据中心、云和虚拟化平台中应用传统网络分段所带来的局限性。它具有诸多优势，包括：

更大的分段范围： VXLAN 技术采用 24 位 VXLAN 网络标识符 (VNI)，支持多达 1600 万个唯一网段，远远超过 VLAN 的 4096 个限制。这使其在多租户和大规模环境中非常有效。
第 2 层扩展： VXLAN 能够跨越任何地理分布的第 2 层段，使其具有高度的灵活性，尤其是在虚拟化和云环境中。
支持虚拟机移动性：随着虚拟化工作负载的增加，跨主机、机架甚至数据中心移动虚拟机的能力变得越来越重要。VXLAN 可以促进这种移动性，同时保持一致的网络策略和连接性。

用于 VoIP 和 UC 的 VXLAN

随着 VoIP 和 UC 应用越来越多地利用虚拟化和云部署，VXLAN 等技术对于支持和交付这些应用变得越来越重要。实时通信应用依赖于能够确保低延迟、最小抖动和可靠传输的网络基础设施。VXLAN 通过多种方式支持这些需求，例如：

分段： VXLAN 的主要功能是高级别分段。通过为不同类型的流量（例如语音、视频和信令）分配不同的 VNI，VXLAN 可以对实时通信流进行逻辑分离，从而确定流量的优先级，并防止其受到其他类型流量的影响。
移动性： VXLAN 的移动性功能支持用户和设备移动性，允许硬件和软件端点在站点之间移动，而不会中断会话或需要复杂的重新配置。
保留 QoS： VXLAN 可以在封装期间保留DSCP 标记，以确保底层应用的 QoS 策略继续适当地优先处理语音和视频流量。
多租户支持： UC 和 VoIP 服务广泛使用多租户架构。VXLAN 能够安全高效地隔离和管理多个客户的语音流量，这对于托管或云部署大有裨益。