|
|
|
|
|
虚拟局域网（Virtual Local Area Network, VLAN），是一种将局域网设备从逻辑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。
|
|
|
|
VLAN技术的出现，主要为了解决交换机在进行局域网互联时无法限制广播的问题。这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LAN——VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样广播报文被限制在一个VLAN内。
|
|
|
|
VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，因此建立VLAN需要相应的支持VLAN技术的网络设备。当网络中的不同VLAN间进行相互通信时，需要路由的支持，这时就需要增加路由设备——要实现路由功能，既可采用路由器，也可采用3层交换机来完成。
|
|
|
|
|
|
|
|
许多VLAN厂商都利用交换机的端口来划分VLAN成员。被设定的端口都在同一个广播域中。例如，一个交换机的1~5端口被定义为虚拟网AAA，同一交换机的6~8端口组成虚拟网BBB。这样做允许各端口之间的通信，并允许共享型网络的升级。但是，这种划分模式将虚拟网限制在了一台交换机上。
|
|
|
|
第二代端口VLAN技术允许跨越多个交换机的多个不同端口划分VLAN，不同交换机上的若干个端口可以组成同一个虚拟网。
|
|
|
|
以交换机端口来划分网络成员，其配置过程简单明了。因此，从目前来看，这种根据端口来划分VLAN的方式仍然是最常用的一种方式。
|
|
|
|
|
|
根据MAC地址划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分VLAN，即对每个MAC地址的主机都配置它属于哪个组。这种划分VLAN方法的最大优点是，当用户物理位置移动时，即从连接一个交换机换到连接其他交换机时，VLAN不用重新配置。所以，可认为这种根据MAC地址划分的方法是基于用户的VLAN。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。而且这种划分的方法也导致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，这样就无法限制广播包了。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就必须不停地配置。
|
|
|
|
|
|
根据网络层划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型（如果支持多协议）划分VLAN。虽然这种划分方法是根据网络地址，比如IP地址，但它不是路由，与网络层的路由毫无关系。
|
|
|
|
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帧头，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。
|
|
|
|
|
|
IP组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个多播组就是一个VLAN。根据IP组播划分VLAN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。当然，这种方法不适合局域网，主要是效率不高。
|
|
|
|
|
|
基于规则的VLAN也称为基于策略的VLAN。这是最灵活的VLAN划分方法，具有自动配置的能力，能够把相关的用户连成一体，在逻辑划分上称为"关系网络"。网络管理员只需在网管软件中确定划分VLAN的规则（或属性），当一个站点加入网络时，将会被"感知"，并被自动地包含进正确的VLAN中。同时，对站点的移动和改变也可自动识别和跟踪。
|
|
|
|
采用这种方法，整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。有的产品还支持一个端口上的主机分别属于不同的VLAN，这在交换机与共享式集线器共存的环境中显得尤为重要。自动配置VLAN时，交换机中的软件自动检查进入交换机端口的广播信息的IP源地址，然后软件自动将这个端口分配给一个由IP子网映射成的VLAN。
|
|
|
|
|
|
对VLAN的标准，这里只介绍两种比较通用的标准。当然也有一些公司拥有自己的标准，比如Cisco公司的ISL标准，虽然不是一种大众化的标准，但是由于Cisco Catalyst交换机的大量使用，ISL也成为一种不是标准的标准了。
|
|
|
|
|
|
1995年，Cisco公司提倡使用IEEE 802.10协议。在此之前，IEEE 802.10曾经在全球范围内作为VLAN安全性的统一规范。Cisco公司试图采用优化后的802.10帧格式在网络上传输FrameTagging模式中所必需的VLAN标签。然而，大多数802委员会的成员都反对推广802.10。因为，该协议是基于FrameTagging方式的。
|
|
|
|
|
|
1996年3月，IEEE 802.1 Internetworking（网络互联）委员会结束了对VLAN初期标准的修订工作。新出台的标准进一步完善了VLAN的体系结构，统一了FrameTagging方式中不同厂商的标签格式，并制定了VLAN标准在未来一段时间内的发展方向，形成的802.1q的标准在业界获得了广泛的推广。它成为VLAN史上的一块里程碑。802.1q的出现打破了虚拟网依赖于单一厂商的僵局，从一个侧面推动了VLAN的迅速发展。另外，来自市场的压力使各大网络厂商立刻将新标准融合到他们各自的产品中。
|
|
|
|
|
|
ISL（Inter-Switch Link）是Cisco公司的专有封装方式，因此只能在Cisco的设备上支持。ISL是一个在交换机之间、交换机与路由器之间及交换机与服务器之间传递多个VLAN信息及VLAN数据流的协议，通过在交换机直接的端口配置ISL封装，即可跨越交换机进行整个网络的VLAN分配和配置。
|
|
|
|
|
|
IEEE 802.1q协议定义了VLAN帧标记的格式，在原来的以太帧中增加了4字节的帧标记字段，如下图所示。其中标记控制信息（Tag Control Information, TCI）包括Priority、CFI和VID 3个部分。
|
|
|
|
|
|
|
|
.标记协议标识符（Tag Protocol Identifier, TPID）字段设定为0x8100，表示该帧包含802.1q标记。
|
|
|
|
.Priority字段提供了由802.1q定义的8个优先级。当有多个帧等待发送时，按优先级发送数据包。
|
|
|
|
.CFI（Canonical Format Indicator，规范格式指示）字段，为0表示以太网，为1表示FDDI和令牌环网。
|
|
|
|
.VID字段表示VLAN标识符（0~4095），其中VID 0用于识别优先级，VID 4095保留未用，所以最多可配置4094个VLAN。
|
|
|
|
|
|
在划分成VLAN的交换网络中，交换机端口之间的连接分为两种：接入链路连接（Access-Link Connection）和中继连接（Trunk Connection）。
|
|
|
|
接入链路只能连接具有标准以太网卡的设备，也只能传送属于单个VLAN的数据包。任何连接到接入链路的设备均属于同一广播域。
|
|
|
|
中继链路是在一条物理连接上生成多个逻辑连接，每个逻辑连接属于一个VLAN。在进入中继端口时，交换机在数据包中加入VLAN标记。这样，在中继链路另一端的交换机就不仅要根据目标地址，而且要根据数据包属于的VLAN进行转发决策。
|
|
|
|
|
|
VLAN中继协议（VTP）用于在交换网络中简化VLAN的管理。VTP在交换网络中建立了多个管理域，同一管理域中的所有交换机共享VLAN信息。一台交换机只能参加一个管理域，不同管理域中的交换机不共享VLAN信息。通过VTP，可以在一台交换机上配置所有的VLAN，配置信息通过VTP报文可以传播到管理域中的所有交换机。
|
|
|
|
VTP有3种工作模式：服务器模式、客户模式和透明模式。其中，服务器模式下，可以设置VLAN信息，服务器会自动将这些信息广播到网上其他交换机以统一配置；客户模式下，交换机不能配置VLAN信息，只能被动接受服务器的VLAN配置；透明模式下，可以配置VLAN信息，但是不广播自己的VLAN信息，同时它可以接收服务器发来的VLAN信息后并不使用，而是直接转发给别的交换机。
|
|
|
|
在默认情况下，所有交换机通过中继链路连接在一起，如果VLAN中的任何设备发出一个广播包、组播包或者一个未知的单播数据包，交换机都会将其洪泛（Flood）到所有与源VLAN端口相关的各个输出端口（包括中继端口）。在很多情况下，这种洪泛转发是必要的，特别是在VLAN跨越多个交换机的情况下。然而，如果相邻的交换机上不存在源VLAN的活动窗口，则这种洪泛发送的数据包是无用的。
|
|
|
|
为了解决这个问题，可以使用静态或动态的修剪方法。静态修剪就是手工剪掉中继链路上不活动的VLAN。但是，手工修剪会遇到一些问题，主要是必须根据网络拓扑结构的改变经常重新配置中继链路。在多个交换机组成多个VLAN的网络中，这种工作方式很容易出错。
|
|
|
|
VTP动态修剪允许交换机之间共享VLAN信息，也允许交换机从中继连接上动态地剪掉不活动的VLAN，使得所有共享的VLAN都是活动的。例如，交换机A告诉交换机B，它有两个活动的VLAN，即VLAN1和VLAN2，而交换机B告诉交换机A，它只有一个活动的VLAN1，于是，它们就共享这样的事实;VLAN2在它们之间的中继链路上是不活动的，应该从中继链路的配置中剪掉。这样做的好处显而易见，如果以后在交换机B上添加了VLAN2的成员，交换机B就会通知交换机A，它有了一个新的活动的VLAN2，于是，两个交换机就会动态地把VLAN2添加到它们之间的中继链路配置中。
|
|
|
