VLAN技术理论学习

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http://www.net130.com/CMS/Pub/special/special_vlan/2006_07_04_61223.htm

一、VLAN基础

VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名为"虚拟局域网"，注意不是"VPN"（虚拟专用网）。VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，
但主流应用还是在交换机之中。但又不是所有交换机都具有此功能，只有VLAN协议的第三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的说明书即可得知。

 

IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案。VLAN技术的出现，使得管理员根据实际应用需求，把同一物理局域网内的不同用户逻辑地划分成不同的广播域，每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性。由于它是从逻辑上划分，而不是从物理上划分，所以同一个VLAN内的各个工作站没有限制在同一个物理范围中，即这些工作站可以在不同物理LAN网段。由VLAN的特点可知，一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。交换技术的发展，也加快了新的交换技术（VLAN）的应用速度。过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址（MAC地址）组成的虚拟网段。这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组的管理功能。在同一个VLAN中的工作站，不论它们实际与哪个交换机连接，它们之间的通讯就好象在独立的交换机上一样。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到，而不会传输到其他的 VLAN中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时，若没有路由的话，不同VLAN之间不能相互通讯，这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访。交换机是根据用户工作站的MAC地址来划分VLAN的。所以，用户可以自由的在企业网络中移动办公，不论他在何处接入交换网络，他都可以与VLAN内其他用户自如通讯。 VLAN网络可以是有混合的网络类型设备组成，比如：10M以太网、100M以太网、令牌网、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服务器、集线器、网络上行主干等等。VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同部门、不同站点之间的互相访问。 VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头， 用VLAN ID把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。 虚拟局域网的好处是可以限制广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。有关VLAN的技术标准IEEE 802.1Q早在1999年6月份就由IEEE委员正式颁布实施了，而且最早的VLNA技术早在1996年Cisco（思科）公司就提出了。随着几年来的发展，VLAN技术得到广泛的支持，在大大小小的企业网络中广泛应用，成为当前最为热门的一种以太局域网技术。

 

常见问题回答：
从技术上划分 VLAN 的方法有以下几种：
A. 基于端口的 VLAN 划分
B. 基于协议的 VLAN 划分
C. 基于 IP 子网的 VLAN 划分
D. 基于 MAC 地址的 VLAN 划分

1. 基于端口划分的VLAN

   这是最常应用的一种VLAN划分方法，应用也最为广泛、最有效，
目前绝大多数VLAN协议的交换机都提供这种VLAN配置方法。
这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的交换端口来划分的，
它是将VLAN交换机上的物理端口和VLAN交换机内部的PVC（永久虚电路）端口分成若干个组，
每个组构成一个虚拟网，相当于一个独立的VLAN交换机。
对于不同部门需要互访时，可通过路由器转发，并配合基于MAC地址的端口过滤。
对某站点的访问路径上最靠近该站点的交换机、路由交换机或路由器的相应端口上，
设定可通过的MAC地址集。这样就可以防止非法入侵者从内部盗用IP地址从其他可接入点入侵的可能。
从这种划分方法本身我们可以看出，这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，
只要将所有的端口都定义为相应的VLAN组即可。适合于任何大小的网络。
它的缺点是如果某用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，必须重新定义。
2. 基于MAC地址划分VLAN

   这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置他属于哪个组，
它实现的机制就是每一块网卡都对应唯一的 MAC地址，VLAN交换机跟踪属于VLAN MAC的地址。
这种方式的VLAN允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置时，自动保留其所属VLAN的成员身份。

由这种划分的机制可以看出，这种VLAN的划分方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，
即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，因为它是基于用户，而不是基于交换机的端口。
这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用户的话，
配置是非常累的，所以这种划分方法通常适用于小型局域网。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低，
因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，保存了许多用户的MAC地址，查询起来相当不容易。
另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样VLAN就必须经常配置。

3. 基于网络层协议划分VLAN

  VLAN按网络层协议来划分，可分为IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN网络。
这种按网络层协议来组成的 VLAN，可使广播域跨越多个VLAN交换机。
这对于希望针对具体应用和服务来组织用户的网络管理员来说是非常具有吸引力的。
而且，用户可以在网络内部自由移动，但其VLAN成员身份仍然保留不变。
这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置所属的VLAN，
而且可以根据协议类型来划分VLAN，这对网络管理者来说很重要，
还有，这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量。
这种方法的缺点是效率低，因为检查每一个数据包的网络层地址是需要消耗处理时间的(相对于前面两种方法)，
一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网祯头，
但要让芯片能检查IP帧头，需要更高的技术，同时也更费时。
当然，这与各个厂商的实现方法有关。

4. 根据IP组播划分VLAN

    IP 组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个IP组播组就是一个VLAN。
这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，
而且也很容易通过路由器进行扩展，主要适合于不在同一地理范围的局域网用户组成一个VLAN，
不适合局域网，主要是效率不高。

5. 按策略划分VLAN

  基于策略组成的VLAN能实现多种分配方法，包括VLAN交换机端口、MAC地址、IP地址、网络层协议等。
网络管理人员可根据自己的管理模式和本单位的需求来决定选择哪种类型的VLAN 。

6. 按用户定义、非用户授权划分VLAN

   基于用户定义、非用户授权来划分VLAN，是指为了适应特别的VLAN网络，
根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN，而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN，
但是需要提供用户密码，在得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。

网络设计时，一般来说每个 VLAN 的主机数目最好不超过：64

VLAN 划分方式中不能与其他方式共存的是 ：基于 MAC 地址的 VLAN 划分

当同时使用多种 VLAN 划分原则时，优先生效的顺序为： 基于 IP 子网>基于协议>基于端口

Isolate-user-VLAN，QinQ技术是用来解决在 VLAN 规划中 VLAN 数目不够的问题

IEEE802.1q 协议标准定义了 VLAN 技术。
VLAN 技术利用软件实现了二层广播域的划分，完美地解决了路由器划分广播域存在的困难。
VLAN 将一组位于不同物理网段上的用户在逻辑上划分在一个局域网内，在功能和操作上与传统
LAN 基本相同，可以提供一定范围内终端系统的互联。
一个 VLAN 属于同一个广播域，不同的 VLAN 属于不同的广播域，以太网通过 VLAN 的划分减小了以太网上广播域的范围。

VLAN   与传统的 LAN 相比，具有以下哪些优势：
A. 减少移动和改变的代价
B. 建立虚拟工作组
C. 用户不受物理设备的限制， VLAN 用户可以处于网络中的任何地方
D. 限制广播包，提高带宽的利用率
E. 增强通讯的安全性
F. 增强网络的健壮性

传统的二层交换机网络是一个广播域，支持VLAN 的二层交换机不是如此
在传统的二层交换机中，交换机仅根据MAC地址进行帧的选路和转发

二层交换机不同VLAN 间不能通信
三层交换机不同VLAN 间可以通信