VLAN學(xué)習(xí)指導(dǎo)——為什么需要VLAN

2019-11-05 02:02:34

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供稿：網(wǎng)友

　　什么是VLAN？
　　
　　VLAN（Virtual LAN），翻譯成中文是“虛擬局域網(wǎng)”。LAN可以是由少數(shù)幾臺(tái)家用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，也可以是數(shù)以百計(jì)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的網(wǎng)絡(luò)——也就是廣播域。
　　
　　在此讓我們先復(fù)習(xí)一下廣播域的概念。廣播域，指的是廣播幀（目標(biāo)MAC地址全部為1）所能傳遞到的范圍，亦即能夠直接通信的范圍。嚴(yán)格地說(shuō)，并不僅僅是廣播幀，多播幀（Multicast Frame）和目標(biāo)不明的單播幀（Unknown Unicast Frame）也能在同一個(gè)廣播域中暢行無(wú)阻。
　　
　　本來(lái)，二層交換機(jī)只能構(gòu)建單一的廣播域，不過(guò)使用VLAN功能后，它能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)廣播域。
　　
　　未分割廣播域時(shí)……
　　
　　那么，為什么需要分割廣播域呢？那是因?yàn)椋偃鐑H有一個(gè)廣播域，有可能會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸性能。具體原因，請(qǐng)參看附圖加深理解。
　　
　　　 VLAN學(xué)習(xí)指導(dǎo)——為什么需要VLAN（圖一）

　　圖中，是一個(gè)由5臺(tái)二層交換機(jī)（交換機(jī)1～5）連接了大量客戶(hù)機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)這時(shí)，計(jì)算機(jī)A需要與計(jì)算機(jī)B通信。在基于以太網(wǎng)的通信中，必須在數(shù)據(jù)幀中指定目標(biāo)MAC地址才能正常通信，因此計(jì)算機(jī)A必須先廣播“ARP請(qǐng)求（ARP Request）信息”，來(lái)嘗試獲取計(jì)算機(jī)B的MAC地址。
　　
　　交換機(jī)1收到廣播幀（ARP請(qǐng)求）后，會(huì)將它轉(zhuǎn)發(fā)給除接收端口外的其他所有端口，也就是Flooding了。接著，交換機(jī)2收到廣播幀后也會(huì)Flooding。交換機(jī)3、4、5也還會(huì)Flooding。最終ARP請(qǐng)求會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到同一網(wǎng)絡(luò)中的所有客戶(hù)機(jī)上。
　　
　　 VLAN學(xué)習(xí)指導(dǎo)——為什么需要VLAN（圖二）

　　
　　請(qǐng)大家注重一下，這個(gè)ARP請(qǐng)求原本是為了獲得計(jì)算機(jī)B的MAC地址而發(fā)出的。也就是說(shuō)：只要計(jì)算機(jī)B能收到就萬(wàn)事大吉了。可是事實(shí)上，數(shù)據(jù)幀卻傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致所有的計(jì)算機(jī)都收到了它。如此一來(lái)，一方面廣播信息消耗了網(wǎng)絡(luò)整體的帶寬，另一方面，收到廣播信息的計(jì)算機(jī)還要消耗一部分CPU時(shí)間來(lái)對(duì)它進(jìn)行處理。造成了網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU運(yùn)算能力的大量無(wú)謂消耗。
　　
　　廣播信息是那么經(jīng)常發(fā)出的嗎？
　　
　　讀到這里，也許會(huì)問(wèn)：廣播信息真是那么頻繁出現(xiàn)的嗎？
　　
　　答案是：是的！實(shí)際上廣播幀會(huì)非常頻繁地出現(xiàn)。利用TCP/ip協(xié)議棧通信時(shí)，除了前面出現(xiàn)的ARP外，還有可能需要發(fā)出DHCP、RIP等很多其他類(lèi)型的廣播信息。
　　
　　ARP廣播，是在需要與其他主機(jī)通信時(shí)發(fā)出的。當(dāng)客戶(hù)機(jī)請(qǐng)求DHCP服務(wù)器分配IP地址時(shí)，就必須發(fā)出DHCP的廣播。而使用RIP作為路由協(xié)議時(shí)，每隔30秒路由器都會(huì)對(duì)鄰近的其他路由器廣播一次路由信息。RIP以外的其他路由協(xié)議使用多播傳輸路由信息，這也會(huì)被交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)（Flooding）。除了TCP/IP以外，NetBEUI、IPX和Apple Talk等協(xié)議也經(jīng)常需要用到廣播。例如在Windows下雙擊打開(kāi)“網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)”時(shí)就會(huì)發(fā)出廣播（多播）信息。（Windows xp除外……）
　　
　　總之，廣播就在我們身邊。下面是一些常見(jiàn)的廣播通信：
　　
　　l ARP請(qǐng)求：建立IP地址和MAC地址的映射關(guān)系。
　　
　　l RIP：一種路由協(xié)議。
　　
　　l DHCP：用于自動(dòng)設(shè)定IP地址的協(xié)議。
　　
　　l NetBEUI：Windows下使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
　　
　　l IPX：Novell Netware使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
　　
　　l Apple Talk：蘋(píng)果公司的Macintosh計(jì)算機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
　　
　　假如整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)廣播域，那么一旦發(fā)出廣播信息，就會(huì)傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)。因此，在設(shè)計(jì)LAN時(shí)，需要注重如何才能有效地分割廣播域。
　　
　　廣播域的分割與VLAN的必要性
　　
　　分割廣播域時(shí)，一般都必須使用到路由器。使用路由器后，可以以路由器上的網(wǎng)絡(luò)接口（LAN Interface）為單位分割廣播域。
　　
　　但是，通常情況下路由器上不會(huì)有太多的網(wǎng)絡(luò)接口，其數(shù)目多在1～4個(gè)左右。隨著寬帶連接的普及，寬帶路由器（或者叫IP共享器）變得較為常見(jiàn)，但是需要注重的是，它們上面雖然帶著多個(gè)（一般為4個(gè)左右）連接LAN一側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口，但那實(shí)際上是路由器內(nèi)置的交換機(jī)，并不能分割廣播域。
　　
　　況且使用路由器分割廣播域的話，所能分割的個(gè)數(shù)完全取決于路由器的網(wǎng)絡(luò)接口個(gè)數(shù)，使得用戶(hù)無(wú)法自由地根據(jù)實(shí)際需要分割廣播域。
　　
　　與路由器相比，二層交換機(jī)一般帶有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。因此假如能使用它分割廣播域，那么無(wú)疑運(yùn)用上的靈活性會(huì)大大提高。
　　
　　用于在二層交換機(jī)上分割廣播域的技術(shù)，就是VLAN。通過(guò)利用VLAN，我們可以自由設(shè)計(jì)廣播域的構(gòu)成，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的自由度。

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