VLAN虛擬網(wǎng)的概念及劃分

 
　　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，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)廣播域中暢行無阻。

本來，二層交換機(jī)只能構(gòu)建單一的廣播域，不過使用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)�，如果僅有一個(gè)廣播域，有可能會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸性能。

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)中的所有客戶機(jī)上。

請(qǐng)大家注意一下，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：只要計(jì)算機(jī)B能收到就萬事大吉了�？墒鞘聦�(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，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：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“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：蘋果公司的Macintosh計(jì)算機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

如果整個(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)帶來額外的負(fù)擔(dān)。因此，在設(shè)計(jì)LAN時(shí)，需要注意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，但是需要注意的是，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)，使得用戶無法自由地根據(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。因此如果能使用它分割廣播域，那么無疑運(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。

其實(shí)VLAN即虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network的縮寫），是一種通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興技術(shù)。VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)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(gè)工作組就是一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播范圍，并能夠形成虛擬工作組，動(dòng)態(tài)管理網(wǎng)絡(luò)。

VLAN技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)管理者將一個(gè)物理的LAN邏輯地劃分成不同的廣播域即VLAN，每一個(gè)VLAN都包含一組有著相同需求的計(jì)算機(jī)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(gè)VLAN內(nèi)的各個(gè)工作站無須被放置在同一個(gè)物理空間里，即這些工作站不一定屬于同一個(gè)物理LAN網(wǎng)段。一個(gè)VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到其他VLAN中，即使是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)有著同樣的網(wǎng)段，但是它們卻沒有相同的VLAN號(hào)，它們各自的廣播流也不會(huì)相互轉(zhuǎn)發(fā),從而有助于控制流量、減少設(shè)備投資、簡化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。

1.根據(jù)端口來劃分VLAN

許多VLAN廠商都利用交換機(jī)的端口來劃分VLAN成員。被設(shè)定的端口都在同一個(gè)廣播域中。例如，一個(gè)交換機(jī)的1，2，3，4，5端口被定義為虛擬網(wǎng)AAA，同一交換機(jī)的6，7，8端口組成虛擬網(wǎng)BBB。這樣做允許各端口之間的通訊，并允許共享型網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。但是，這種劃分模式將虛擬網(wǎng)限制在了一臺(tái)交換機(jī)上。

第二代端口VLAN技術(shù)允許跨越多個(gè)交換機(jī)的多個(gè)不同端口劃分VLAN，不同交換機(jī)上的若干個(gè)端口可以組成同一個(gè)虛擬網(wǎng)。

以交換機(jī)端口來劃分網(wǎng)絡(luò)成員，其配置過程簡單明了。因此，從目前來看，這種根據(jù)端口來劃分VLAN的方式仍然是最常用的一種方式。

2.根據(jù)MAC地址劃分VLAN

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的MAC地址來劃分，即對(duì)每個(gè)MAC地址的主機(jī)都配置它屬于哪個(gè)組。這種劃分VLAN方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)用戶物理位置移動(dòng)時(shí)，即從一個(gè)交換機(jī)換到其他的交換機(jī)時(shí)，VLAN不用重新配置，所以，可以認(rèn)為這種根據(jù)MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN，這種方法的缺點(diǎn)是初始化時(shí)，所有的用戶都必須進(jìn)行配置，如果有幾百個(gè)甚至上千個(gè)用戶的話，配置是非常累的。而且這種劃分的方法也導(dǎo)致了交換機(jī)執(zhí)行效率的降低，因?yàn)樵诿恳粋�(gè)交換機(jī)的端口都可能存在很多個(gè)VLAN組的成員，這樣就無法限制廣播包了。另外，對(duì)于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣，VLAN就必須不停地配置。

3.根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層劃分VLAN

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層地址或協(xié)議類型(如果支持多協(xié)議)劃分的，雖然這種劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址，比如IP地址，但它不是路由，與網(wǎng)絡(luò)層的路由毫無關(guān)系。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)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(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理者來說很重要，還有，這種方法不需要附加的幀標(biāo)簽來識(shí)別VLAN，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。

這種方法的缺點(diǎn)是效率低，因?yàn)闄z查每一個(gè)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層地址是需要消耗處理時(shí)間的(相對(duì)于前面兩種方法)，一般的交換機(jī)芯片都可以自動(dòng)檢查網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)幀頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術(shù)，同時(shí)也更費(fèi)時(shí)。當(dāng)然，這與各個(gè)廠商的實(shí)現(xiàn)方法有關(guān)。

4.根據(jù)IP組播劃分VLAN

IP 組播實(shí)際上也是一種VLAN的定義，即認(rèn)為一個(gè)組播組就是一個(gè)VLAN，這種劃分的方法將VLAN擴(kuò)大到了廣域網(wǎng)，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(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)然這種方法不適合局域網(wǎng)，主要是效率不高。