VLAN技術白皮書

2019-11-05 01:58:13

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1 VLAN概述

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技術答應網絡治理者將一個物理的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到其他VLAN中，從而有助于控制流量、減少設備投資、簡化網絡治理、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，動態治理網絡。

VLAN在交換機上的實現方法，可以大致劃分為4類:

1、基于端口劃分的VLAN

這種劃分VLAN的方法是根據以太網交換機的端口來劃分，比如Quidway S3526的1~4端口為VLAN 10，5~17為VLAN 20，18~24為VLAN 30，當然，這些屬于同一VLAN的端口可以不連續，如何配置，由治理員決定，假如有多個交換機，例如，可以指定交換機 1 的1~6端口和交換機 2 的1~4端口為同一VLAN，即同一VLAN可以跨越數個以太網交換機，根據端口劃分是目前定義VLAN的最廣泛的方法，IEEE 802.1Q規定了依據以太網交換機的端口來劃分VLAN的國際標準。

這種劃分的方法的優點是定義VLAN成員時非常簡單，只要將所有的端口都指定義一下就可以了。它的缺點是假如VLAN A的用戶離開了原來的端口，到了一個新的交換機的某個端口，那么就必須重新定義。

2、基于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地址的主機都配置他屬于哪個組。這種劃分VLAN的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，假如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就必須不停的配置。

3、基于網絡層劃分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(假如支持多協議)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。它雖然查看每個數據包的IP地址，但由于不是路由，所以，沒有RIP，OSPF等路由協議，而是根據生成樹算法進行橋交換，

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，這對網絡治理者來說很重要，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禎頭，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，而且也很輕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。

鑒于當前業界VLAN發展的趨勢，考慮到各種VLAN劃分方式的優缺點，為了最大程度上地滿足用戶在具體使用過程中需求，減輕用戶在VLAN的具體使用和維護中的工作量，Quidway S系列交換機采用根據端口來劃分VLAN的方法。

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