虛拟局域網:網絡管理技術-中文百科頻道

簡介

IEEE于1999年頒布了用于标準化VLAN實現方案的802.1Q協議标準草案。VLAN技術的出現，使得管理員根據實際應用需求，把同一物理局域網内的不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域，每一個VLAN都包含一組有着相同需求的計算機工作站，與物理上形成的LAN有着相同的屬性。由于它是從邏輯上劃分，而不是從物理上劃分，所以同一個VLAN内的各個工作站沒有限制在同一個物理範圍中，即這些工作站可以在不同物理LAN網段。由VLAN的特點可知，一個VLAN内部的廣播和單播流量都不會轉發到其他VLAN中，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。

交換技術的發展，也加快了新的交換技術（VLAN）的應用速度。通過将企業網絡劃分為虛拟網絡VLAN網段，可以強化網絡管理和網絡安全，控制不必要的數據廣播。在共享網絡中，一個物理的網段就是一個廣播域。而在交換網絡中，廣播域可以是有一組任意選定的第二層網絡地址（MAC地址）組成的虛拟網段。這樣，網絡中工作組的劃分可以突破共享網絡中的地理位置限制，而完全根據管理功能來劃分。這種基于工作流的分組模式，大大提高了網絡規劃和重組的管理功能。在同一個VLAN中的工作站，不論它們實際與哪個交換機連接，它們之間的通訊就好象在獨立的交換機上一樣。同一個VLAN中的廣播隻有VLAN中的成員才能聽到，而不會傳輸到其他的VLAN中去，這樣可以很好的控制不必要的廣播風暴的産生。同時，若沒有路由的話，不同VLAN之間不能相互通訊，這樣增加了企業網絡中不同部門之間的安全性。網絡管理員可以通過配置VLAN之間的路由來全面管理企業内部不同管理單元之間的信息互訪。交換機是根據工作站的MAC地址來劃分VLAN的。所以，用戶可以自由的在企業網絡中移動辦公，不論他在何處接入交換網絡，他都可以與VLAN内其他用戶自由通訊。

VLAN網絡可以是有混合的網絡類型設備組成，比如：10M以太網、100M以太網、令牌網、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服務器、集線器、網絡上行主幹等。

VLAN除了能将網絡劃分為多個廣播域，從而有效地控制廣播風暴的發生，以及使網絡的拓撲結構變得非常靈活的優點外，還可以用于控制網絡中不同部門、不同站點之間的互相訪問。

物理位置不同的多個主機如果劃分屬于同一個VLAN，則這些主機之間可以相互通信。物理位置相同的多個主機如果屬于不同的VLAN，則這些主機之間不能直接通信。VLAN通常在交換機或路由器上實現，在以太網幀中增加VLAN标簽來給以太網幀分類，具有相同VLAN标簽的以太網幀在同一個廣播域中傳送。

VLAN是為解決以太網的廣播問題和安全性而提出的一種協議，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互訪，每個工作組就是一個虛拟局域網。虛拟局域網的好處是可以限制廣播範圍，并能夠形成虛拟工作組，動态管理網絡。

虛拟局域網的目的

VLAN（Virtual Local Area Network，虛拟局域網）的目的非常的多。通過認識VLAN的本質，将可以了解到其用處究竟在哪些地方。

1、要知道192.168.1.2/30和192.168.2.6/30都屬于不同的網段，都必須要通過路由器才能進行訪問，凡是不同網段間要互相訪問，都必須通過路由器。

2、VLAN本質就是指一個網段，之所以叫做虛拟的局域網，是因為它是在虛拟的路由器的接口下創建的網段。

下面，給予說明。比如一個路由器隻有一個用于終端連接的端口（當然這種情況基本不可能發生，隻不過簡化舉例），這個端口被分配了192.168.1.1/24的地址。然而由于公司有兩個部門，一個銷售部，一個企劃部，每個部門要求單獨成為一個子網，有單獨的服務器。那麼當然可以劃分為192.168.1.0--127/25、192.168.1.128--255/25。但是路由器的物理端口隻應該可以分配一個IP地址，那怎樣來區分不同網段了？這就可以在這個物理端口下，創建兩個子接口---邏輯接口實現。

比如邏輯接口F0/0.1就分配IP地址192.168.1.1/25，用于銷售部，而F0/0.2就分配IP地址192.168.1.129/25，用于企劃部。這樣就等于用一個物理端口卻實現了兩個邏輯接口的功能，這樣就将原本隻能劃分一個網段的情形，擴展到了可以劃分2個或者更多個網段的情形。這些網段因為是在邏輯接口下創建的，所以稱之為虛拟局域網VLAN。這是在路由器的層次上闡述了VLAN的目的。

3、将在交換機的層次上闡述VLAN的目的。

在現實中，由于很多原因必須劃分出不同網段。比如就簡單的隻有銷售部和企劃部兩個網段。那麼可以簡單的将銷售部全部接入一個交換機，然後接入路由器的一個端口，把企劃部全部接入一個交換機，然後接入一個路由器端口。這種情況是LAN。然而正如上面所說，如果路由器就一個用于終端的接口，那麼這兩個交換機就必須接入這同一個路由器的接口，這個時候，如果還想保持原來的網段的劃分，那麼就必須使用路由器的子接口，創建VLAN。

同樣，比如兩個交換機，如果你想要每個交換機上的端口都分别屬于不同的網段，那麼你有幾個網段，就提供幾個路由器的接口，這個時候，雖然在路由器的物理接口上可以定義這個接口可以連接哪個網段，但是在交換機的層次上，它并不能區分哪個端口屬于哪個網段，那麼唯一實現能區分的方法，就是劃分VLAN，使用了VLAN就能區分出某個交換機端口的終端是屬于哪個網段的。

綜上，當一個交換機上的所有端口中有至少一個端口屬于不同網段的時候，當路由器的一個物理端口要連接2個或者以上的網段的時候，就是VLAN發揮作用的時候，這就是VLAN的目的。

優勢

廣播風暴防範

限制網絡上的廣播，将網絡劃分為多個VLAN可減少參與廣播風暴的設備數量。VLAN分段可以防止廣播風暴波及整個網絡。VLAN可以提供建立防火牆的機制，防止交換網絡的過量廣播。使用VLAN，可以将某個交換端口或用戶賦予某一個特定的VLAN組，該VLAN組可以在一個交換網中或跨接多個交換機，在一個VLAN中的廣播不會送到VLAN之外。同樣，相鄰的端口不會收到其他VLAN産生的廣播。這樣可以減少廣播流量，釋放帶寬給用戶應用，減少廣播的産生。

安全

增強局域網的安全性’含有敏感數據的用戶組可與網絡的其餘部分隔離，從而降低洩露機密信息的可能性。不同VLAN内的報文在傳輸時是相互隔離的，即一個VLAN内的用戶不能和其他VLAN内的用戶直接通信，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。

成本降低

成本高昂的網絡升級需求減少，現有帶寬和上行鍊路的利用率更高，因而可節約成本。

性能提高

将第二層平面網絡劃分為多個邏輯工作組(廣播域)可以減少網絡上不必要的流量并提高性能。

提高人員工作效率

VLAN為網絡管理帶來了方便，因為有相似網絡需求的用戶将共享同一個VLAN。

簡化項目管理或應用管理

VLAN将用戶和網絡設備聚合到一起，以支持商業需求或地域上的需求。通過職能劃分，項目管理或特殊應用的處理都變得十分方便，例如可以輕松管理教師的電子教學開發平台。此外，也很容易确定升級網絡服務的影響範圍。

增加了網絡連接的靈活性

借助VLAN技術，能将不同地點、不同網絡、不同用戶組合在一起，形成一個虛拟的網絡環境，就像使用本地VLAN一樣方便、靈活、有效。VLAN可以降低移動或變更工作站地理位置的管理費用，特别是一些業務情況有經常性變動的公司使用了VLAN後，這部分管理費用大大降低。

組建條件

路由和訪問控制列表實現VLAN間訪問控制

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，可以采用路由的支持，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。

采用VLAN技術本身來構造訪問控制

VLAN技術本身是以太網技術、其本身可以支持直接采用VLAN構造訪問控制，并不需要借用路由，就可以實現完整的以太網網絡的VLAN邏輯拓撲和VLAN間訪問控制的設計，使得IT系統可以運行在其專用虛拟局域網上，實現IT系統的可靠隔離，同時，實現IT系統的安全的訪問控制。

劃分依據

按端口劃分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端口被定義為虛拟網AAA，同一交換機的6，7，8端口組成虛拟網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，這種劃分模式将虛拟網限制在了一台交換機上。

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，不同交換機上的若幹個端口可以組成同一個虛拟網。

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。

按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緻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。

按網絡層劃分

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标簽來識别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。

按IP組播劃分

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，這種劃分的方法将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，當然這種方法不适合局域網，主要是效率不高。

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”。網絡管理員隻需在網管軟件中确定劃分VLAN的規則（或屬性），那麼當一個站點加入網絡中時，将會被“感知”，并被自動地包含進正确的VLAN中。同時，對站點的移動和改變也可自動識别和跟蹤。

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。有的産品還支持一個端口上的主機分别屬于不同的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，然後軟件自動将這個端口分配給一個由IP子網映射成的VLAN。