虛擬局域網（VLAN）技術淺析

關 嶸/長春市信息中心

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虛擬局域網（VLAN）技術淺析

關 嶸/長春市信息中心

【摘 要】隨著網絡的不斷發展，網絡內的廣播風暴越來越多，虛擬局域網（VLAN）技術應運而生。本文針對虛擬局域網（VLAN）技術做簡要淺析。主要分析了虛擬局域網（VLAN）技術的優缺點、劃分技術及標準

【關鍵詞】虛擬局域網（VLAN）技術，vlan標準、組播

VLAN是Virtual Local Area Network的英文縮寫，翻譯中文為"虛擬局域網"。VLAN的目的是在邏輯上將局域網設備分成一個個獨立的網段，最大限度的控制不必要的廣播風暴。現在大部分的交換機都具有此項功能。

在現實應用中，由于各種各樣的原因必須把一個網絡劃分出不同的網段。舉個比較簡單的例子，在一個校園網中有初中部、高中部兩個網段。正常的局域網接入是將初中部的各個終端接入到一臺交換機上，然后接入到路由器上的一個上聯端口，高中部的各個終端接入到一臺交換機上，然后再接入到路由器上的另外一個上聯端口。但是路由器只有一個端口的話，那么兩臺交換機就必須接入到路由器的同一個端口，這就必須用到路由器的子接口，創建兩個VLAN。

如果交換機上的不同端口需要劃分到不同的網段中，那么你需要幾個網段，路由器就必須提供幾個端口，雖然在路由器上可以把物理端口定義為屬于那個網段，但是在二層交換機上無法區分那個端口屬于哪個網段，而VLAN劃分技術可以完美的解決這個問題。

一、VLAN的優點

（一）有效的控制廣播風暴的發生

局域網可以有效的控制廣播風暴，把廣播包控制在本局域網內，而虛擬局域網技術可以更精確的控制廣播包的轉發。例如，交換機A和交換機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備需要接收來自A交換機VLAN 1的數據，只需要將B交換機的20到30以太口劃分到VLAN1內，這樣當交換機A VLAN 1 內的終端設備發送廣播包時，交換機B 的20到30口也會接收到廣播包，而交換機A、B其它的以太口則不會接收到廣播包，這樣就有效的控制了廣播風暴。

（二）使用成本低

有效的利用帶寬，有效的控制了廣播風暴對帶寬的占用。

（三）提高的網絡性能

VLAN的劃分使有需要的終端都被劃分在一個局域網內，不發送無效數據，提高了網絡的性能。

（四）方便了網絡管理

VLAN的劃分方便的網絡管理員對網絡的管理，縮小的網絡故障范圍，提高了網絡穩定性。

二、VLAN的劃分技術

（一）基于端口的VLAN劃分

簡單的說就是把交換機上不同的以太口劃分到不同的VLAN中，大部分的交換機都是采用這種技術。例如一個交換機的1到10以太口被定義到VLAN 1 ，同一個交換機的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交換機上。

二代VLAN劃分技術允許跨多個交換機多個不同端口劃分VLAN組成一個虛擬局域網。

（二）基于MAC地址的VLAN劃分技術

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。

（三）基于網絡層的VLAN劃分

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。

（四）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。

（五）基于規則的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”，并被自動地包含進正確的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。

（六）按用戶劃分VLAN

基于用戶定義、非用戶授權來劃分VLAN，是指為了適應特別的VLAN網絡，根據具體的網絡用戶的特別要求來定義和設計VLAN，而且可以讓非VLAN群體用戶訪問VLAN，但是需要提供用戶密碼，在得到VLAN管理的認證后才可以加入一個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。

三、VLAN的標準

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安全性的同一規范。Cisco公司試圖采用優化后的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，統一了Frame-Tagging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展方向，形成的802.1Q的標準在業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。

802.1q幀格式：

· 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。