百科解釋
目錄·【VLAN的目的】·【VLAN的優(yōu)點】·【什么是VLAN】·【組建VLAN的條件】·【VLAN的劃分】·【VLAN的標準】·【劃分VLAN的基本策略】·【VLAN技術簡單談】·【VLAN的定義及特點】·【VLAN的分類】·【VLAN發(fā)展趨勢】·【公司內部進行VLAN的劃分實例】 【VLAN的目的】VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網）技術的出現，主要為了解決交換機在進行局域網互連時無法限制廣播的問題。這種技術可以把一個LAN劃分成多個邏輯的LAN——VLAN，每個VLAN是一個廣播域，VLAN內的主機間通信就和在一個LAN內一樣，而VLAN間則不能直接互通，這樣，廣播報文被限制在一個VLAN內。 【VLAN的優(yōu)點】1. 限制廣播域。廣播域被限制在一個VLAN內，節(jié)省了帶寬，提高了網絡處理能力。 2. 增強局域網的安全性。不同VLAN內的報文在傳輸時是相互隔離的，即一個VLAN內的用戶不能和其它VLAN內的用戶直接通信，如果不同VLAN要進行通信，則需要通過路由器或三層交換機等三層設備。 3. 靈活構建虛擬工作組。用VLAN可以劃分不同的用戶到不同的工作組，同一工作組的用戶也不必局限于某一固定的物理范圍，網絡構建和維護更方便靈活。 【什么是VLAN】 VLAN（Virtual Local Area Network）即虛擬局域網，是一種通過將局域網內的設備邏輯地而不是物理地劃分成一個個網段從而實現虛擬工作組的新興技術。IEEE于1999年頒布了用以標準化VLAN實現方案的802.1Q協議標準草案。 VLAN技術允許網絡管理者將一個物理的LAN邏輯地劃分成不同的廣播域（或稱虛擬LAN，即VLAN），每一個VLAN都包含一組有著相同需求的計算機工作站，與物理上形成的LAN有著相同的屬性。但由于它是邏輯地而不是物理地劃分，所以同一個VLAN內的各個工作站無須被放置在同一個物理空間里，即這些工作站不一定屬于同一個物理LAN網段。一個VLAN內部的廣播和單播流量都不會轉發(fā)到其他VLAN中，即使是兩臺計算機有著同樣的網段，但是它們卻沒有相同的VLAN號，它們各自的廣播流也不會相互轉發(fā),從而有助于控制流量、減少設備投資、簡化網絡管理、提高網絡的安全性。 VLAN是為解決以太網的廣播問題和安全性而提出的，它在以太網幀的基礎上增加了VLAN頭，用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶二層互訪，每個工作組就是一個虛擬局域網。虛擬局域網的好處是可以限制廣播范圍，并能夠形成虛擬工作組，動態(tài)管理網絡。 既然VLAN隔離了廣播風暴，同時也隔離了各個不同的VLAN之間的通訊，所以不同的VLAN之間的通訊是需要有路由來完成的。 【組建VLAN的條件】 VLAN是建立在物理網絡基礎上的一種邏輯子網，因此建立VLAN需要相應的支持VLAN技術的網絡設備。當網絡中的不同VLAN間進行相互通信時，需要路由的支持，這時就需要增加路由設備——要實現路由功能，既可采用路由器，也可采用三層交換機來完成。 【VLAN的劃分】 1.根據端口來劃分VLAN 許多VLAN廠商都利用交換機的端口來劃分VLAN成員。被設定的端口都在同一個廣播域中。例如，一個交換機的1，2，3，4，5端口被定義為虛擬網AAA，同一交換機的6，7，8端口組成虛擬網BBB。這樣做允許各端口之間的通訊，并允許共享型網絡的升級。但是，這種劃分模式將虛擬網限制在了一臺交換機上。 第二代端口VLAN技術允許跨越多個交換機的多個不同端口劃分VLAN，不同交換機上的若干個端口可以組成同一個虛擬網。 以交換機端口來劃分網絡成員，其配置過程簡單明了。因此，從目前來看，這種根據端口來劃分VLAN的方式仍然是最常用的一種方式。 2.根據MAC地址劃分VLAN 這種劃分VLAN的方法是根據每個主機的MAC地址來劃分，即對每個MAC地址的主機都配置它屬于哪個組。這種劃分VLAN方法的最大優(yōu)點就是當用戶物理位置移動時，即從一個交換機換到其他的交換機時，VLAN不用重新配置，所以，可以認為這種根據MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN，這種方法的缺點是初始化時，所有的用戶都必須進行配置，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，配置是非常累的。而且這種劃分的方法也導致了交換機執(zhí)行效率的降低，因為在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員，這樣就無法限制廣播包了。另外，對于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網卡可能經常更換，這樣，VLAN就必須不停地配置。 3.根據網絡層劃分VLAN 這種劃分VLAN的方法是根據每個主機的網絡層地址或協議類型(如果支持多協議)劃分的，雖然這種劃分方法是根據網絡地址，比如IP地址，但它不是路由，與網絡層的路由毫無關系。 這種方法的優(yōu)點是用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN，而且可以根據協議類型來劃分VLAN，這對網絡管理者來說很重要，還有，這種方法不需要附加的幀標簽來識別VLAN，這樣可以減少網絡的通信量。 這種方法的缺點是效率低，因為檢查每一個數據包的網絡層地址是需要消耗處理時間的(相對于前面兩種方法)，一般的交換機芯片都可以自動檢查網絡上數據包的以太網幀頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術，同時也更費時。當然，這與各個廠商的實現方法有關。 4.根據IP組播劃分VLAN IP 組播實際上也是一種VLAN的定義，即認為一個組播組就是一個VLAN，這種劃分的方法將VLAN擴大到了廣域網，因此這種方法具有更大的靈活性，而且也很容易通過路由器進行擴展，當然這種方法不適合局域網，主要是效率不高。 5.基于規(guī)則的VLAN 也稱為基于策略的VLAN。這是最靈活的VLAN劃分方法，具有自動配置的能力，能夠把相關的用戶連成一體，在邏輯劃分上稱為“關系網絡”。網絡管理員只需在網管軟件中確定劃分VLAN的規(guī)則（或屬性），那么當一個站點加入網絡中時，將會被“感知”，并被自己地包含進正確的VLAN中。同時，對站點的移動和改變也可自動識別和跟蹤。 采用這種方法，整個網絡可以非常方便地通過路由器擴展網絡規(guī)模。有的產品還支持一個端口上的主機分別屬于不同的VLAN，這在交換機與共享式Hub共存的環(huán)境中顯得尤為重要。自動配置VLAN時，交換機中軟件自動檢查進入交換機端口的廣播信息的IP源地址，然后軟件自動將這個端口分配給一個由IP子網映射成的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方式建立在數據鏈路層上；網絡層和IP廣播方式建立在第三層上。 <B> 【VLAN的標準】</B> 對VLAN的標準，我們只是介紹兩種比較通用的標準，當然也有一些公司具有自己的標準，比如Cisco公司的ISL標準，雖然不是一種大眾化的標準，但是由于Cisco Catalyst交換機的大量使用，ISL也成為一種不是標準的標準了。 · 802.10VLAN標準 在1995年，Cisco公司提倡使用IEEE802.10協議。在此之前，IEEE802.10曾經在全球范圍內作為VLAN安全性的同一規(guī)范。Cisco公司試圖采用優(yōu)化后的802.10幀格式在網絡上傳輸FramTagging模式中所必須的VLAN標簽。然而，大多數802委員會的成員都反對推廣802.10。因為，該協議是基于FrameTagging方式的。 · 802.1Q 在1996年3月，IEEE802.1Internetworking委員會結束了對VLAN初期標準的修訂工作。新出臺的標準進一步完善了VLAN的體系結構，統(tǒng)一了Fram-eTagging方式中不同廠商的標簽格式，并制定了VLAN標準在未來一段時間內的發(fā)展方向，形成的802.1Q的標準在業(yè)界獲得了廣泛的推廣。它成為VLAN史上的一塊里程碑。802.1Q的出現打破了虛擬網依賴于單一廠商的僵局，從一個側面推動了VLAN的迅速發(fā)展。另外，來自市場的壓力使各大網絡廠商立刻將新標準融合到他們各自的產品中。 · Cisco ISL 標簽 ISL（Inter-Switch Link)是Cisco公司的專有封裝方式，因此只能在Cisco的設備上支持。ISL是一個在交換機之間、交換機與路由器之間及交換機與服務器之間傳遞多個VLAN信息及VLAN數據流的協議，通過在交換機直接的端口配置ISL封裝，即可跨越交換機進行整個網絡的VLAN分配和配置。 【劃分VLAN的基本策略】 從技術角度講，VLAN的劃分可依據不同原則，一般有以下三種劃分方法： 1、基于端口的VLAN劃分 這種劃分是把一個或多個交換機上的幾個端口劃分一個邏輯組，這是最簡單、最有效的劃分方法。該方法只需網絡管理員對網絡設備的交換端口進行重新分配即可，不用考慮該端口所連接的設備。 2、基于MAC地址的VLAN劃分 MAC地址其實就是指網卡的標識符，每一塊網卡的MAC地址都是惟一且固化在網卡上的。MAC地址由12位16進制數表示，前8位為廠商標識，后4位為網卡標識。網絡管理員可按MAC地址把一些站點劃分為一個邏輯子網。 3、基于路由的VLAN劃分 路由協議工作在網絡層，相應的工作設備有路由器和路由交換機（即三層交換機）。該方式允許一個VLAN跨越多個交換機，或一個端口位于多個VLAN中。 就目前來說，對于VLAN的劃分主要采取上述第1、3種方式，第2種方式為輔助性的方案。 【VLAN技術簡單談】 局域網的發(fā)展是VLAN產生的基礎，所以在介紹VLAN之前，我們先來了解一下局域網的有關知識。 局域網（LAN）通常是一個單獨的廣播域，主要由Hub、網橋或交換機等網絡設備連接同一網段內的所有節(jié)點形成。處于同一個局域網之內的網絡節(jié)點之間可以直接通信，而處于不同局域網段的設備之間的通信則必須經過路由器才能通信。圖1所示即為使用路由器構建的典型的局域網環(huán)境。 隨著網絡的不斷擴展，接入設備逐漸增多，網絡結構也日趨復雜，必須使用更多的路由器才能將不同的用戶劃分到各自的廣播域中，在不同的局域網之間提供網絡互聯。 但這樣做存在兩個缺陷： 首先，隨著網絡中路由器數量的增多，網絡時延逐漸加長，從而導致網絡數據傳輸速度的下降。這主要是因為數據在從一個局域網傳遞到另一個局域網時，必須經過路由器的路由操作: 路由器根據數據包中的相應信息確定數據包的目標地址，然后再選擇合適的路徑轉發(fā)出去。 其次，用戶是按照它們的物理連接被自然地劃分到不同的用戶組（廣播域）中。這種分割方式并不是根據工作組中所有用戶的共同需要和帶寬的需求來進行的。因此，盡管不同的工作組或部門對帶寬的需求有很大的差異，但它們卻被機械地劃分到同一個廣播域中爭用相同的帶寬。 【VLAN的定義及特點】 虛擬局域網VLAN是一組邏輯上的設備和用戶，這些設備和用戶并不受物理網段的限制，可以根據功能、部門及應用等因素將它們組織起來，相互之間的通信就好像它們在同一個網段中一樣，由此得名虛擬局域網。VLAN是一種比較新的技術，工作在OSI參考模型的第2層和第3層，一個VLAN就是一個廣播域，VLAN之間的通信是通過第3層的路由器來完成的。與傳統(tǒng)的局域網技術相比較，VLAN技術更加靈活，它具有以下優(yōu)點： ● 網絡設備的移動、添加和修改的管理開銷減少; ● 可以控制廣播活動; ● 可提高網絡的安全性。 【VLAN的分類】 定義VLAN成員的方法有很多，由此也就分成了幾種不同類型的VLAN。 1. 基于端口的VLAN 基于端口的VLAN的劃分是最簡單、有效的VLAN劃分方法，它按照局域網交換機端口來定義VLAN成員。VLAN從邏輯上把局域網交換機的端口劃分開來，從而把終端系統(tǒng)劃分為不同的部分，各部分相對獨立，在功能上模擬了傳統(tǒng)的局域網。基于端口的VLAN又分為在單交換機端口和多交換機端口定義VLAN兩種情況： (1) 多交換機端口定義VLAN 如圖3所示，交換機1的1、2、3端口和交換機2的4、5、6端口組成VLAN1，交換機1的4、5、6、7、8端口和交換機2的1、2、3、7、8端口組成VLAN2。 (2) 單交換機端口定義VLAN 如圖2所示，交換機的1、2、6、7、8端口組成VLAN1，3、4、5端口組成了VLAN2。這種VLAN只支持一個交換機。 基于端口的VLAN的劃分簡單、有效，但其缺點是當用戶從一個端口移動到另一個端口時，網絡管理員必須對VLAN成員進行重新配置。 2. 基于MAC地址的VLAN 基于MAC地址的VLAN是用終端系統(tǒng)的MAC地址定義的VLAN。MAC地址其實就是指網卡的標識符，每一塊網卡的MAC地址都是惟一的。這種方法允許工作站移動到網絡的其他物理網段，而自動保持原來的VLAN成員資格。在網絡規(guī)模較小時，該方案可以說是一個好的方法，但隨著網絡規(guī)模的擴大，網絡設備、用戶的增加，則會在很大程度上加大管理的難度。 3. 基于路由的VLAN 路由協議工作在7層協議的第3層—網絡層，比如基于IP和IPX的路由協議，這類設備包括路由器和路由交換機。該方式允許一個VLAN跨越多個交換機，或一個端口位于多個VLAN中。 4. 基于策略的VLAN 基于策略的VLAN的劃分是一種比較有效而直接的方式，主要取決于在VLAN的劃分中所采用的策略。 【VLAN發(fā)展趨勢】 目前在寬帶網絡中實現的VLAN基本上能滿足廣大網絡用戶的需求，但其網絡性能、網絡流量控制、網絡通信優(yōu)先級控制等還有待提高。前面所提到的VTP技術、STP技術，基于三層交換的VLAN技術等在VLAN使用中存在網絡效率的瓶頸問題，這主要是IEEE802.1Q、IEEE802.1D協議的不完善所致，IEEE正在制定和完善IEEE802.1S（Multiple Spanning Trees）和IEEE802.1W（Rapid Reconfiguration of Spanning Tree）來改善VLAN的性能。采用IEEE802.3z和IEEE802.3ab協議，并結合使用RISC（精簡指令集計算）處理器或者網絡處理器而研制的吉位VLAN交換機在網絡流量等方面采取了相應的措施，大大提高了VLAN網絡的性能。IEEE802.1P協議提出了COS（Class of Service）標準，這使網絡通信優(yōu)先級控制機制有了參考。 【公司內部進行VLAN的劃分實例】 對于每個公司而言都有自己不同的需求，下面我們給出一個典型的公司的VLAN的實例，這樣也可以成為我們以后為公司劃分VLAN的依據。 某公司現在有工程部、銷售部、財務部。VLAN的劃分：工程部VLAN10，銷售部VLAN20，財務部VLAN30，并且各部門還可以相互通訊。現有設備如下:Cisco 3640路由器，Cisco Catalyst 2924交換機一臺，二級交換機若干臺。 交換機配置文件中的部分代碼如下： ...... ! interface vlan10 ip address 192.168.0.1 ! interface vlan20 ip address 192.168.1.1 ! interface vlan30 ip address 192.168.2.1 ! ...... 路由器配置文件中的部分代碼如下： ...... interface FastEthernet 1/0.1 encapsulation isl 10 ip address 192.168.0.2 ! interface FastEthernet 1/0.2 encapsulation isl 20 ip address 192.168.1.2 ! interface FastEthernet 1/0.3 encapsulation isl 30 ip address 192.168.2.2 ! ...... ! router rip network 192.168.0.0 !
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