虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)淺析

關(guān)嶸

【摘 要】隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的廣播風(fēng)暴越來(lái)越多，虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文針對(duì)虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)做簡(jiǎn)要淺析。主要分析了虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)、劃分技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)

【關(guān)鍵詞】虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)，vlan標(biāo)準(zhǔn)、組播

VLAN是Virtual Local Area Network的英文縮寫(xiě)，翻譯中文為"虛擬局域網(wǎng)"。VLAN的目的是在邏輯上將局域網(wǎng)設(shè)備分成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段，最大限度的控制不必要的廣播風(fēng)暴?，F(xiàn)在大部分的交換機(jī)都具有此項(xiàng)功能。

在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，由于各種各樣的原因必須把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分出不同的網(wǎng)段。舉個(gè)比較簡(jiǎn)單的例子，在一個(gè)校園網(wǎng)中有初中部、高中部?jī)蓚€(gè)網(wǎng)段。正常的局域網(wǎng)接入是將初中部的各個(gè)終端接入到一臺(tái)交換機(jī)上，然后接入到路由器上的一個(gè)上聯(lián)端口，高中部的各個(gè)終端接入到一臺(tái)交換機(jī)上，然后再接入到路由器上的另外一個(gè)上聯(lián)端口。但是路由器只有一個(gè)端口的話，那么兩臺(tái)交換機(jī)就必須接入到路由器的同一個(gè)端口，這就必須用到路由器的子接口，創(chuàng)建兩個(gè)VLAN。

如果交換機(jī)上的不同端口需要?jiǎng)澐值讲煌木W(wǎng)段中，那么你需要幾個(gè)網(wǎng)段，路由器就必須提供幾個(gè)端口，雖然在路由器上可以把物理端口定義為屬于那個(gè)網(wǎng)段，但是在二層交換機(jī)上無(wú)法區(qū)分那個(gè)端口屬于哪個(gè)網(wǎng)段，而VLAN劃分技術(shù)可以完美的解決這個(gè)問(wèn)題。

一、VLAN的優(yōu)點(diǎn)

（一）有效的控制廣播風(fēng)暴的發(fā)生

局域網(wǎng)可以有效的控制廣播風(fēng)暴，把廣播包控制在本局域網(wǎng)內(nèi)，而虛擬局域網(wǎng)技術(shù)可以更精確的控制廣播包的轉(zhuǎn)發(fā)。例如，交換機(jī)A和交換機(jī)B ，A上的1到10以太口屬于VLAN 1 ，B上的20到30以太口所接的終端設(shè)備需要接收來(lái)自A交換機(jī)VLAN 1 的數(shù)據(jù)，只需要將B交換機(jī)的20到30以太口劃分到VLAN1內(nèi)，這樣當(dāng)交換機(jī)A VLAN 1 內(nèi)的終端設(shè)備發(fā)送廣播包時(shí)，交換機(jī)B的20到30口也會(huì)接收到廣播包，而交換機(jī)A、B其它的以太口則不會(huì)接收到廣播包，這樣就有效的控制了廣播風(fēng)暴。

（二）使用成本低

有效的利用帶寬，有效的控制了廣播風(fēng)暴對(duì)帶寬的占用。

（三）提高的網(wǎng)絡(luò)性能

VLAN的劃分使有需要的終端都被劃分在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，不發(fā)送無(wú)效數(shù)據(jù)，提高了網(wǎng)絡(luò)的性能。

（四）方便了網(wǎng)絡(luò)管理

VLAN的劃分方便的網(wǎng)絡(luò)管理員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的管理，縮小的網(wǎng)絡(luò)故障范圍，提高了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。

二、VLAN的劃分技術(shù)

（一）基于端口的VLAN劃分

簡(jiǎn)單的說(shuō)就是把交換機(jī)上不同的以太口劃分到不同的VLAN中，大部分的交換機(jī)都是采用這種技術(shù)。例如一個(gè)交換機(jī)的1到10以太口被定義到VLAN 1 ，同一個(gè)交換機(jī)的20到30以太口被定義到VLAN 2，各端口之間可以通訊，但是這種劃分被限制在一臺(tái)交換機(jī)上。

二代VLAN劃分技術(shù)允許跨多個(gè)交換機(jī)多個(gè)不同端口劃分VLAN組成一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。

（二）基于MAC地址的VLAN劃分技術(shù)

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的MAC地址來(lái)劃分，即對(duì)每個(gè)MAC地址的主機(jī)都配置它屬于哪個(gè)組。這種劃分VLAN方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)用戶物理位置移動(dòng)時(shí)，即從一個(gè)交換機(jī)換到其他的交換機(jī)時(shí)，VLAN不用重新配置，所以，可以認(rèn)為這種根據(jù)MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN，這種方法的缺點(diǎn)是初始化時(shí)，所有的用戶都必須進(jìn)行配置，如果有幾百個(gè)甚至上千個(gè)用戶的話，配置是非常累的。而且這種劃分的方法也導(dǎo)致了交換機(jī)執(zhí)行效率的降低，因?yàn)樵诿恳粋€(gè)交換機(jī)的端口都可能存在很多個(gè)VLAN組的成員，這樣就無(wú)法限制廣播包了。另外，對(duì)于使用筆記本電腦的用戶來(lái)說(shuō)，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣，VLAN就必須不停地配置。

（三）基于網(wǎng)絡(luò)層的VLAN劃分

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層地址或協(xié)議類(lèi)型（如果支持多協(xié)議）劃分的，雖然這種劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址，比如IP地址，但它不是路由，與網(wǎng)絡(luò)層的路由毫無(wú)關(guān)系。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN，而且可以根據(jù)協(xié)議類(lèi)型來(lái)劃分VLAN，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理者來(lái)說(shuō)很重要，還有，這種方法不需要附加的幀標(biāo)簽來(lái)識(shí)別VLAN，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。

這種方法的缺點(diǎn)是效率低，因?yàn)闄z查每一個(gè)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層地址是需要消耗處理時(shí)間的（相對(duì)于前面兩種方法），一般的交換機(jī)芯片都可以自動(dòng)檢查網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)幀頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術(shù)，同時(shí)也更費(fèi)時(shí)。當(dāng)然，這與各個(gè)廠商的實(shí)現(xiàn)方法有關(guān)。

（四）根據(jù)IP組播劃分VLAN

IP 組播實(shí)際上也是一種VLAN的定義，即認(rèn)為一個(gè)組播組就是一個(gè)VLAN，這種劃分的方法將VLAN擴(kuò)大到了廣域網(wǎng)，因此這種方法具有更大的靈活性，而且也很容易通過(guò)路由器進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)然這種方法不適合局域網(wǎng)，主要是效率不高。

（五）基于規(guī)則的VLAN

也稱(chēng)為基于策略的VLAN。這是最靈活的VLAN劃分方法，具有自動(dòng)配置的能力，能夠把相關(guān)的用戶連成一體，在邏輯劃分上稱(chēng)為“關(guān)系網(wǎng)絡(luò)”。網(wǎng)絡(luò)管理員只需在網(wǎng)管軟件中確定劃分VLAN的規(guī)則（或?qū)傩裕?，那么?dāng)一個(gè)站點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，將會(huì)被“感知”，并被自動(dòng)地包含進(jìn)正確的VLAN中。同時(shí)，對(duì)站點(diǎn)的移動(dòng)和改變也可自動(dòng)識(shí)別和跟蹤。

采用這種方法，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以非常方便地通過(guò)路由器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。有的產(chǎn)品還支持一個(gè)端口上的主機(jī)分別屬于不同的VLAN，這在交換機(jī)與共享式Hub共存的環(huán)境中顯得尤為重要。自動(dòng)配置VLAN時(shí)，交換機(jī)中軟件自動(dòng)檢查進(jìn)入交換機(jī)端口的廣播信息的IP源地址，然后軟件自動(dòng)將這個(gè)端口分配給一個(gè)由IP子網(wǎng)映射成的VLAN。

（六）按用戶劃分VLAN

基于用戶定義、非用戶授權(quán)來(lái)劃分VLAN，是指為了適應(yīng)特別的VLAN網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)用戶的特別要求來(lái)定義和設(shè)計(jì)VLAN，而且可以讓非VLAN群體用戶訪問(wèn)VLAN，但是需要提供用戶密碼，在得到VLAN管理的認(rèn)證后才可以加入一個(gè)VLAN。

以上劃分VLAN的方式中，基于端口的VLAN端口方式建立在物理層上；MAC方式建立在數(shù)據(jù)鏈路層上；網(wǎng)絡(luò)層和IP廣播方式建立在第三層上。

三、VLAN的標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)VLAN的標(biāo)準(zhǔn)，我們只是介紹兩種比較通用的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然也有一些公司具有自己的標(biāo)準(zhǔn)，比如Cisco公司的ISL標(biāo)準(zhǔn)，雖然不是一種大眾化的標(biāo)準(zhǔn)，但是由于Cisco Catalyst交換機(jī)的大量使用，ISL也成為一種不是標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)了。

· 802.10VLAN標(biāo)準(zhǔn)

在1995年，Cisco公司提倡使用IEEE802.10協(xié)議。在此之前，IEEE802.10曾經(jīng)在全球范圍內(nèi)作為VLAN安全性的同一規(guī)范。Cisco公司試圖采用優(yōu)化后的802.10幀格式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸FramTagging模式中所必須的VLAN標(biāo)簽。然而，大多數(shù)802委員會(huì)的成員都反對(duì)推廣802.10。因?yàn)椋搮f(xié)議是基于FrameTagging方式的。

· 802.1Q

在1996年3月，IEEE802.1Internetworking委員會(huì)結(jié)束了對(duì)VLAN初期標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。新出臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善了VLAN的體系結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一了Frame-Tagging方式中不同廠商的標(biāo)簽格式，并制定了VLAN標(biāo)準(zhǔn)在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展方向，形成的802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)界獲得了廣泛的推廣。它成為VLAN史上的一塊里程碑。802.1Q的出現(xiàn)打破了虛擬網(wǎng)依賴(lài)于單一廠商的僵局，從一個(gè)側(cè)面推動(dòng)了VLAN的迅速發(fā)展。另外，來(lái)自市場(chǎng)的壓力使各大網(wǎng)絡(luò)廠商立刻將新標(biāo)準(zhǔn)融合到他們各自的產(chǎn)品中。

802.1q幀格式：

· Cisco ISL 標(biāo)簽

ISL（Inter-Switch Link）是Cisco公司的專(zhuān)有封裝方式，因此只能在Cisco的設(shè)備上支持。ISL是一個(gè)在交換機(jī)之間、交換機(jī)與路由器之間及交換機(jī)與服務(wù)器之間傳遞多個(gè)VLAN信息及VLAN數(shù)據(jù)流的協(xié)議，通過(guò)在交換機(jī)直接的端口配置ISL封裝，即可跨越交換機(jī)進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的VLAN分配和配置。