Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
Comparativa del rendimiento entre las tecnologías VxLAN y MPLS
Performance comparison between VxLAN and MPLS technologies
Comparação de desempenho entre tecnologias VxLAN e MPLS
Milton Temistocles Andrade Salazar
1
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
mtandrade@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-4929-3233
Luis Ángel Paredez Alcívar
2
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
laparedez@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-5568-509X
Julissa Janeth Rentería Narváez
3
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
jjrenteria@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-6275-2839
Javier Jesús Rodríguez Panezo
4
Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
jjrodriguez14@espe.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-7730-5206
DOI / URL: https://doi.org/10.55813/gaea/ccri/v4/n2/267
Como citar:
Andrade, M., Paredes, L., Rentería, J. & Rodríguez, J. (2023). Comparativa del rendimiento
entre las tecnologías VxLAN y MPLS. Código Científico Revista de Investigación, 4(2), 969-
980.
Recibido: 10/11/2023 Aceptado: 10/12/2023 Publicado: 31/12/2023
1
Ingeniero en Computación y Ciencias de la Informática, Magister en Docencia Universitaria e Investigación
Educativa, Docente del área de Ciencias Humanas de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo
Domingo.
2
Estudiante de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
3
Estudiante de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
4
Estudiante de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE Sede Santo Domingo
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
970
Resumen
La Red de Área Local Virtual Extendida VxLAN permite crear redes en la capa 2 encima de
la capa 3. El Cambio de Etiquetas Multiprotocolo MPLS transporta datos a través de redes
privadas. La comparativa del rendimiento entre las tecnologías VxLAN y MPLS surgió con el
fin de determinar mediante una investigación las características de tecnologías relativamente
nuevas de modo que se pueda brindar un soporte investigativo a los administradores de red
para que elijan la tecnología que mejor se acopla a sus diseños. Se utilizaron recursos y
herramientas virtuales como el software emulador GNS3 VM, computadoras virtuales,
enrutadores, switches, entre otros. Tras el diseño de topologías de red utilizando dichos
materiales se realizaron configuraciones que bajo un método comparativo determine cuál
tecnología es más útil. Como resultado se obtuvo que la tecnología MPLS brinda un mayor
rendimiento, mejor utilización del ancho de banda y reducción en la congestión de la red.
Palabras claves: Comparativa, VxLAN, MPLS, Rendimiento entre tecnologías de red.
Abstract
The VxLAN Extended Virtual Local Area Network allows networks to be created at layer 2 on
top of layer 3. Multiprotocol Label Switching MPLS transports data over private networks. The
performance comparison between VxLAN and MPLS technologies was undertaken to
determine through research the characteristics of relatively new technologies so that research
support can be provided to network administrators to choose the technology that best suits their
designs. Virtual resources and tools such as GNS3 VM emulator software, virtual computers,
routers, switches, among others, were used. After the design of network topologies using these
materials, configurations were made to determine which technology is more useful under a
comparative method. As a result, it was found that MPLS technology provides higher
performance, better bandwidth utilization and reduced network congestion.
Keywords: Comparison, VxLAN, MPLS, Performance between network technologies.
Resumo
VxLAN Extended Virtual Local Area Network permite a criação de redes de camada 2 no topo
da camada 3. Multiprotocol Label Switching MPLS transporta dados através de redes privadas.
A comparação de desempenho entre as tecnologias VxLAN e MPLS foi realizada para
investigar as características de tecnologias relativamente novas a fim de fornecer suporte de
pesquisa para que os administradores de rede escolham a tecnologia que melhor se adapte a
seus projetos. Foram utilizados recursos e ferramentas virtuais, tais como o software emulador
VM GNS3, computadores virtuais, roteadores, switches, entre outros. Após o projeto de
topologias de rede utilizando estes materiais, as configurações foram feitas utilizando um
método comparativo para determinar qual tecnologia é mais útil. Como resultado, descobriu-
se que a tecnologia MPLS proporciona maior desempenho, melhor utilização da largura de
banda e redução do congestionamento da rede.
Palavras-chave: Comparação, VxLAN, MPLS, Desempenho entre tecnologias de rede.
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
971
Introducción
El crecimiento desmesurado de los puntos de conexión en el mundo es una de las
problemáticas que a lo largo de las últimas décadas los ingenieros han tratado de resolver. Ante
ello han nacido nuevas tecnologías que representan soluciones de conexión de diversa índole,
pero que su implementación contempla una serie de condiciones ligadas en gran medida al
consumo de recursos.
Las organizaciones empresariales o educativas cada vez necesitan más nodos o puntos
de conexión diferenciadas por el departamento al que pertenecen. Es por ello que los
administradores de red se ven en la obligación de crear redes LAN acorde a las exigencias
empresariales. Al realizar dichas implementaciones es posible elegir distintos tipos de
tecnologías, que entre las más actuales se encuentran Virtual Extensive LAN o Red de Área
Local Virtual Extendida´ (VxLAN) y Multiprotocol Label Switching también conocido como
Cambio de etiquetas Multiprotocolo (MPLS). La calidad, el rendimiento, los costos, la
complejidad de implementación y el mantenimiento son varios de los parámetros a tomar en
cuenta en dicha elección. De allí, surge la necesidad de responder ¿Cuáles serían los beneficios
y la eficiencia que podría presentar VXLAN frente al protocolo MPLS, para que pueda ser
utilizado en las empresas tecnológicas?
Según Tamura et al. (2004), en su artículo considera el caso del tráfico en tiempo real
y no real que llega al Label Switching Router (LSR), así como la probabilidad de demora y
pérdida de paquetes suponiendo que el segmento del remitente sólo es válido para el tráfico en
tiempo real; además, presentan estrategias de asignación de ancho de banda y tamaños de búfer
para satisfacer las demandas de tráfico en tiempo dichos tiempos antes ya mencionados,
presentando pautas para la Calidad del Servicio (QoS) en redes MPLS.
El protocolo de tunelización VxLAN nos permite aislar las redes en torno a las
máquinas virtuales, este crea redes en la capa 2 encima de la capa 3 lo que brinda mayor
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
972
rendimiento en el tráfico de redes. Según Mirdan et al.(2017, en su artículo dan a conocer
valores de VxLAN que comprueban que tiene un menor rendimiento basándose a las siguientes
características: en base a jitter trabaja con una tasa de 0.348 ms, en cuanto al rendimiento tiene
60.57 de vCPU , dejando como resultado que VxLAN cuenta con un menor rendimiento que
otros protocolos de tunelización.
Uno de los retos que contemplan estas tecnologías es la relativa poca información que
existe sobre ambas, ya que son nuevas cuyo estudio aún no ha alcanzado límites profundos
tanto a nivel teórico como práctico. De este modo surge la necesidad de determinar mediante
la investigación las características del rendimiento tanto de VxLAN y MPLS, brindar un
soporte investigativo a los administradores de red para que con base a dichas características
elijan la tecnología que mejor se acopla a sus diseños de red.
Metodología
En el presente artículo se utilizó para la construcción de tipología los siguientes
materiales: El software emulador GNS3 VM, útil para el análisis comparativo entre los dos
protocolos de tunelización VxLan y MPLS, para ello, se emuló una red que está compuesta por
los elementos que se muestran en la Figura 1
Otra de las tecnologías empleadas para el desarrollo del análisis comparativo entre los
protocolos de tunelización es Winbox, herramienta utilizada para gestionar los enrutadores
Mikrotik OS a través de una interfaz gráfica. Con esta herramienta se logró conectar y
administrar los enrutadores, de modo que se hizo más fácil su configuración que utilizar
únicamente la consola de comandos.
Entre los elementos que forman parte de la topología de red que se visualiza en la Figura
1 destacan: VPC o computadoras virtuales desde las cuales se comprobó la conectividad entre
los clientes de red, enrutadores Mikrotik versión 7.4 que cuentan con la tecnología de VxLAN,
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
973
Switch de conexión básico, y para configurar mediante Winbox se utilizaron Cloud o nubes de
GNS3 que automáticamente reconocen los enrutadores a los que están conectados.
Figura 1: Topología de arquitectura del sistema.
La implementación de esta red requirió del uso de protocolos tales como OSPF, cuya
función se basa en aprender información de enrutamiento sobre las subredes IP de los
enrutadores vecinos, así como recalcular las rutas cuando se cambia la topología. Otro
protocolo es LDP que permitió la distribución de etiquetas MPLS entre los diferentes equipos
que conforman la red.
La investigación se rige bajo el método comparativo, en este caso se comparan el
rendimiento de las tecnologías VxLAN y MPLS. Para ello se necesitó previamente configurar
los escenarios de red para cada tecnología. La primera parte de la configuración ( es decir
empleando VxLAN) consistió en asignar las direcciones ip de las interfaces de los enrutadores,
para ello haciendo uso de la herramienta Winbox, se establece conexión con los mismos y por
medio de la interfaz gráfica que ofrece dicha herramienta se seleccionó la opción IP seguido
de Address List, se agregaron para el caso del enrutador cliente 1 la dirección 10.2.2.2 para la
interfaz de la Red de Área Extendida´ (WAN) y 10.2.2.1, observe la Figura 2.
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
974
Figura 2: Direcciones ip de las interfaces del enrutador Cliente 1
Para el enrutador 2 se agregó para la interfaz de la WAN la dirección
10.255.255.2, y para la interfaz de la LAN la dirección 10.2.2.1. y 10.2.3.1. Como se
visualiza en la Figura 3. De la misma manera se especificaron las direcciones ip para el
enrutador 4.
Figura 3: Direcciones IP interfaces del enrutador 2
Se realizó la configuración del mecanismo de traducción de direcciones NAT en el
Cliente 1, con el objetivo de poder traducir esa dirección ip privada a una dirección ip pública.
De este modo se estableció la comunicación con los otros dispositivos de la red. Para que las
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
975
redes de los vecinos sean reconocidas entre sí. Se procedió a configurar el mecanismo de
enrutamiento dinámico OSPF. De esta manera si existe más de una ruta posible para llegar a
una subred, elije la mejor ruta en base a una métrica.
Luego se configuró VxLAN, la cual se basa principalmente en encapsular el tráfico de
capa de enlace de una red de ´área local y transportarlo sobre una red IP hasta otra LAN física
diferente, consiguiendo así que los hosts de ambas redes se puedan comunicar de igual manera
que si se encontrasen en la misma red de área local. Posteriormente se procedió a configurar
los puentes (bridge) entre el túnel de VxLAN y la Red LAN para que exista comunicación entre
los mismos, para ello en la sección bridge se selecciona el botón de agregar bridge y se coloca
un nombre que para este caso se le puso el nombre túnel, luego se agregaron los puertos de
VxLAN y la interfaz ether de la LAN en los enrutadores, como se muestra en la Figura 4. Cabe
mencionar que esta misma configuración se repitió con la tecnología MPLS empleando un
protocolo de distribución de etiquetas (LDP).
Figura 4: Configuración de Bridge de comunicación
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
976
Resultados
Como resultado de la investigación se obtuvo que por un lado la tecnología VxLAN
permite hacer uso de las funciones de capa 3 de la red subyacente. Según (Oracle, 2014) la red
virtual al no ser visible para la red física se remueve el requerimiento de tener una
infraestructura física extra, además disminuye la duplicación de direcciones MAC a las VM
existentes en el mismo segmento de VxLAN, de esta manera la dirección MAC se puede
superponer cuando las direcciones no se encuentran en el mismo segmento VxLAN. En una
VxLAN debe ser única solamente la dirección MAC del enlace de datos que es parte del mismo
segmento de VxLAN.
Respecto al formato de paquetes; De acuerdo con (Shenzhen Optico Communication
Co., Ltd., 2020) el encabezado del paquete de VXLAN posee un segmento ID de 24 bits que
sirve para representar 16 millones de segmentos virtuales únicos, y que de forma general es
generado por un algoritmo pseudoaleatorio en el puerto UDP. De modo que esto asegura el
equilibrio de carga basado en 5 tuplas y hace posible guardar el orden de los paquetes de datos
entre máquinas virtuales (VM) de modo que se asigna a un grupo de puertos UDP único, el
grupo MAC del paquete de datos. De la misma manera, la encapsulación VXLAN aumenta el
tamaño del paquete de datos a un valor de 50 bytes.
En cuanto a los métodos de transmisión VxLAN, utiliza el Multicast en la red de
transporte para de esta forma simular el broadcast, el unicast desconocido, y la inundación del
Multicast en el segmento de la capa 2, es decir para el aprendizaje de la dirección MAC y el
address resolution Protocol (ARP) y la detección del vecino en el protocolo del proceso de
trabajo VXLAN (NDP/ND) y así sucesivamente son muy importantes. Cabe mencionar que
VxLAN no soporta la fragmentación, necesita una red de transmisión que soporte las tramas
grandes para soportar la expansión del tamaño del paquete de datos.
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
977
Por otro lado, MPLS se caracteriza por una entrega confiable de paquetes, ya que los
paquetes que transportan tráfico en tiempo real, como la voz de IP (VoIP) o video, son fáciles
de asignar a rutas de baja latencia en toda la red, lo cual resulta complejo con el enrutamiento
convencional. Las rutas de red están predeterminadas, de modo que los paquetes viajan solo a
lo largo de las rutas a las que se dirigen (Rahman et al, 2008). Esto hace posible un mejor
rendimiento, una mejor utilización del ancho de banda, y una reducción en la congestión de la
red.
Cabe mencionar que al ser un servicio que debe comprarse a un operador lo que hace
que sea más costoso para enviar tráfico a través de internet público, también es dificultoso
encontrar un proveedor de servicios MPLS que pueda ofrecer cobertura global. Cubrir la
demanda con MPLS puede estar fuera del alcance, ya que los consumidores se centran más en
contenido multimedia (videos, realidad virtual, realidad aumentada) lo cual hace uso de ancho
de banda. La Tabla 1 resume los resultados obtenidos.
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
978
Tabla 1
Comparativa entre VxLAN y MPLS
Características
VxLAN
MPLS
Definición
Red de área local virtual extensible
Conmutación de etiquetas multiprotocolo
Acoplamiento
Necesita conectividad IP entre los
elementos del borde, además en este
protocolo cuando existe un cambio en el
núcleo no se muestra al borde.
Necesita acoplamiento estrecho entre los
elementos del núcleo y del borde, y es muy
mínimo el estado que comparte entre los
nodos centrales y el borde.
Capacidad
Cuenta con un identificador de red con
la capacidad de 24 bits que
aproximadamente puede aislar hasta 16
millones de inquilinos.
La etiqueta trabaja como un identificador el
cual si se usa en Ip pura o nivel 3 cuenta con
cabecera MPLS de 4 bytes y sus campos son:
label de 20 bits, Cos de 3 bits y finalmente
Stack de 1 bit. Las etiquetas de tamaño fijo
son 32 bytes.
Soporte de hardware
Requiere hardware para encapsular el
borde de la red y sus núcleos no
requieren ser reemplazados.
Se requiere de soporte hardware específico
para soportar de extremo a extremo.
Encapsulación
Mientras se va encapsulando VxLAN,
un encabezado VxLan, UDP, IP y MAC
del exterior se van agregando en forma
de secuencia al paquete original.
No encapsula la información al contrario la
etiqueta, se debe encapsular un protocolo que
crea un PDU y el MPLS lo toma y lo
transmite sin alteraciones.
Servicios Ofrecidos
Facilidad de migración, abstracción,
escalabilidad.
Escalabilidad, mayor rendimiento,
flexibilidad,
Quality of Service (QoS),
Accesibilidad y Tos
Respecto al acoplamiento, los resultados a los que se llegaron sugieren que esta
característica se encuentra mejor estructurada en la tecnología de MPLS puesto que el estado
que se comparte entre los nodos de borde y de centro es inferior en comparación a VxLAN,
además teniendo en cuenta que en esta última tecnología el cambio de estado no se comparte
entre los nodos, convierte a MPLS en una mejor opción.
En lo que corresponde a la capacidad, VxLAN al tener un identificador de red con la
capacidad de 24 bits que aproximadamente puede aislar hasta 16 millones de inquilinos,
convierte a esta tecnología en una mejor opción si del albergar a más usuarios se refiere, esta
característica ha hecho que VxLAN se pueda implementar en grandes redes empresariales y
centros de datos, especialmente en redes virtuales.
Por otro lado, el soporte de hardware en VXLAN solo pretende encapsular únicamente
los bordes de la red, pero los núcleos no requieren en lo mínimo ser reemplazados. En cambio,
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
979
la tecnología MPLS requiere de un soporte hardware específico que pueda soportar el extremo
a extremo de la transmisión de los datos. Es por ello que las organizaciones de TI recomiendan
utilizar VxLAN para el despliegue de los switches Nexus 9000 en modo ACI con el controlador
de APIC para aprovechar el modelo de políticas de aplicación de ACI para capacidades tales
como: overlay integrado, visibilidad de redes físicas y virtuales.
En lo que concierne a la encapsulación de VxLAN, esto lo realiza únicamente en el
encabezado donde encapsula tramas MAC en un encabezado UDP en la capa 2. La
comunicación se establece entre dos puntos de conexión de túnel virtual (VTEP) (Kinoshita et
al, 2016). Esto hace que las máquinas virtuales solo puedan comunicarse entre sí cuando
pertenecen al mismo segmento VxLAN. De esta manera un identificador de red virtual (VNID)
de 24 bits identifica de manera única el segmento VxLAN (Naranjo et al,2017). Esto permite
tener las mismas tramas MAC en varios segmentos VxLAN sin cruce de tráfico. La
multidifusión en VXLAN se implementa como multidifusión de capa 3, en la cual los puntos
de conexión se incorporan a grupos.
Conclusiones
Según los resultados encontrados, la tecnología VxLAN permite hacer uso de las
funciones de capa 3 de la red subyacente. Dado que esta red virtual no es visible para una red
física, elimina la necesidad de una infraestructura física adicional. Si bien la tecnología MPLS
es responsable de entregar paquetes confiables, dado que estos paquetes de datos se transportan
en tiempo real, como Voz sobre IP (VoIP), esto permite un rendimiento más eficiente, una
mejor utilización del ancho de banda y una transmisión de datos reducida congestión en la red.
El uso de protocolos de enrutamiento para conectar sus dominios de capa 2 también le
permite equilibrar la carga de su tráfico para garantizar el mejor uso del ancho de banda
disponible. Dado que el volumen del tráfico este-oeste a menudo fluye dentro de los centros de
datos o entre ellos, es fundamental aumentar el rendimiento de la red para este tráfico.
Código Científico Revista de Investigación Vol. 4 – Núm. 2 / Julio – Diciembre – 2023
980
MPLS predomina sobre las rutas de la red y reenvía el tráfico a través de ellas. Además,
las etiquetas se utilizan para separar paquetes y asignar una mayor prioridad al tráfico de red
importante, lo que simplifica el enrutamiento del tráfico y ofrece un rendimiento superior.
Referencias bibliográficas
Kinoshita, J., Maeda, K., Yabusaki, H., Akune, K., Noumi, M., & Komoda, N. (2016).
Implementation and Evaluation of VXLAN Gateway-based Data Center Network
Virtualization. Studies in Informatics and Control, 25.
Naranjo, E. F., & Salazar Ch, G. D. (2017). Underlay and overlay networks: The approach to
solve addressing and segmentation problems in the new networking era: VXLAN
encapsulation with Cisco and open source networks. 2017 IEEE Second Ecuador
Technical Chapters Meeting (ETCM), 1-6.
https://doi.org/10.1109/ETCM.2017.8247505
Oracle. (2014). Gestión de virtualización de red y recursos de red en Oracle Solaris 11.2.
https://docs.oracle.com/cd/E56339_01/pdf/E53790.pdf
Rahman, M. A., Kabir, A. H., Lutfullah, K. A. M., Hassan, M. Z., & Amin, M. R. (2008).
Performance analysis and the study of the behavior of MPLS protocols. 2008
International Conference on Computer and Communication Engineering, 226-229.
https://doi.org/ 10.1109/ICCCE.2008.4580601
Razo Achig, A. P. (2022). Automatización de redes utilizadas para EOT: análisis conceptual
del protocolo VXLAN para la virtualización de centro de datos para EOT. (B.S. thesis).
Quito: EPN, 2022.
Shenzhen Optico Communication Co., Ltd. (2020, 9 diciembre). ¿Qué es NVGRE y VXLAN?
- Conocimiento. http://www.opticomfiber.com/info/what-is-nvgre-and-vxlan-
52637581.html
Sudrajat, M. S. M., Perdana, D., & Negara, R. M. (2017). Performance Analysis of VXLAN
and NVGRE Tunneling Protocol on Virtual Network. Bulletin of Electrical
Engineering and Informatics, 6(3), 295-300.
Tamura, H., Nakazawa, S., Kawahara, K., & Oie, Y. (2004). Performance analysis for QoS
provisioning in MPLS networks. Telecommunication Systems, 25(3), 209-230. Tapasco
García, M. O. (2008). MPLS, el presente de las redes IP.
