毕业论文《虚拟局域网技术及应用》

北京邮电大学

毕业设计（论文）

虚拟局域网技术及应用

学生姓名： X X X

学号： 200601001

系部：计算机系

专业：计算机通信

班级： 063

指导老师：罗永昌助教

中国·北京

提交时间：2010年5月

摘要

虚拟局域网（VLAN），是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术，在功能和操作上和传统的LAN基本相同。虚拟局域网技术是目前网络界最热门的技术之一，也是交换网络中最重要的技术之一，它的出现是和局域网的交换技术的发展分不开的。VLAN的出现打破了传统网络的许多固有观念，使网络结构变得灵活、方便。

随着网络技术日新月异的发展，现代局域网已进入高速交换时代。以交换技术为基础产生的VLAN技术是一种新的热门技术，目前正在得到越来越广泛的应用从某种角度讲，VLAN技术己经成为现代大型局域网建设、管理和应用不可缺少的技术。研究VLAN技术的应用，对于网络的建设、管理和应用具有十分重要的意义。

关键词：虚拟局域网；技术；划分；应用；

Abstract

The virtual local area network (VLAN), is one kind through is not physics divides local area network in equipment logic each one webpage to realize the hypothesized work team's emerging technology, in function and operation and traditional LAN basic same.The virtual local area network technology is one of present network most popular technologies, also is exchanges in the network one of most important technical, its appearance is and the local area network exchange technology development cannot separate.The VLAN appearance has broken traditional network many inherent ideas, causes the network architecture to become is

nimble, is convenient.

With the rapid development of network technology, modern high-speed local area network has entered the era of exchange. In exchange for technology-based VLAN generated by the new technology is a hot technology, is being increasingly wide range of applications from a certain point say, VLAN technology has been become a modern large-scale local area network construction, management and application of essential technologies. VLAN technology research for the campus network construction, management and application is of great significance .

Keywords：Virtual local area network；Technology；Divided；Apply；

目录

第一章虚拟局域网（VLAN）基础 (8)

1.1 虚拟局域网概述 (8)

1.1.1虚拟局域网的定义 (8)

1.1.2 VLAN的由来 (9)

1.2 虚拟局域网的特点 (11)

1.2.1 VLAN的特性 (11)

1.2.2 VLAN与传统的LAN相比较的优势 (12)

第二章虚拟局域网的划分 (14)

2.1 基于端口的VLAN划分 (14)

2.2 基于MAC地址的VLAN划分 (15)

2.3 基于网络层的划分 (16)

2.4 基于策略的VLAN划分 (16)

第三章虚拟局域网协议 (17)

3.1 IEEE802.1Q协议 (17)

3.1.1协议概述 (17)

3.1.2 IEEE 802.1Q帧格式 (18)

IEEE 802.1Q帧的格式如下： (18)

3.2 VLAN 链路 (19)

3.2.1 vlan链路类型 (19)

3.2.2 VLAN帧在网络中的通信 (20)

3.2.3 Trunk和VLAN (21)

第四章VLAN间路由 (23)

4.1 VLAN间路由的需求 (23)

4.1.1 VLAN隔离二层广播域 (23)

4.1.2连接不同的VLAN (24)

4.2 三层交换机做VLAN间路由 (25)

4.2.1 VLAN间路由的解决方案 (25)

4.2.2使用VLAN Trunkint (27)

4.2.3基于内部硬件路由引擎的三层交换机 (28)

第五章虚拟局域网应用实例 (31)

5.1 思科单臂路由配置 (31)

5.2 利用VLAN进行学校配置 (34)

总结 (41)

致谢 (43)

参考文献 (44)

第一章虚拟局域网（VLAN）基础

1.1 虚拟局域网概述

1.1.1虚拟局域网的定义

VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。它允许网络管理者将一个物理的LAN逻辑地划分成不同的广播域（或称虚拟LAN，即VLAN），每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性。但由于它是逻辑地而不是物理地划分，所以同一个VLAN内的各个工作站无须被放置在同一个物理空间里，即这些工作站不一定属于同一个物理LAN网段。一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。

1.1.2 VLAN的由来

图1-1

传统的局域网使用的是HUB，HUB只有一根总路线，一根总路线就是一个冲突域。所以传统的局域网是一个扁平的网络，一个局域网属于同一个冲突域，任何一台主机发出的报文都会被同一冲突域的所有其它机器接收到。后来，组网的时使用网桥（二层交换机）代替集线器（HUB），每个端口可以看成是一根单独的总线，冲突域缩小到每个端口，使得网络发送单播报文的效率大大提高，极大地提高了二层网络的性能。但是网络中所有端口仍然处于同一个广播域，网桥在传递广播报文的时候依然要将广播报文复制多份，发送到网络的各个角落。随着网络规模的扩大，网络中的广播报文越来越多，广播报文占用的网络资源越来越多，严重影响网络性能，这是所谓的广播风暴的问题。如图1-1所示。

由于网桥二层网络工作原理的限制，网桥对广播风暴的问题无能为力。为了提高网络的效率，一般需要将网络进行分段：把一个大的广播域划分成几个小的广播域。

图1-2

过去往往通过路由器对LAN进行分段。图1-2中用路由器替换图1-1中的中心节点交换机，使得广播报文的发送范围大大减小。这种方案解决了广播风暴的问题，但是用路由器是在网络层上分段将网络隔离，网络复杂，组网方式不灵活，并且大大增加了管理维护的难度。做为替代的LAN分段的方法，虚拟局域网被引入到网络解决方案中来，用于解决大型的二层网络环境面临的问题。

图1-3

虚拟局域网VLAN逻辑上把网络资源和网络用户按照一定的原则进行划分，把一个物理上实际的网络划分成多个小的逻辑的网络，这些小的逻辑的网络形成各自的广播域，也就是虚拟局域网。图1-3中几个部门都使用一个中心交换机，但是各个部门属于不同的VLAN，形成各自的的广播域，广播报文不能跨越这些广播域传送。虚拟局域网将一组位于不同物理网段上的用户在逻辑上划分成一个局域网内，在功能和操作上与传统LAN基本相同，可以提供一定范围内终端系统的互联。

1.2 虚拟局域网的特点

1.2.1 VLAN的特性

VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLANID把用户划分为更小的工作组，同一个VLAN中的所有成员共同拥有一个VLANID，组成一个虚拟局域网络；同一个VLAN中的成员均能收到本VLAN内其他成员发来的广播包，但收不到其他VLAN

成员的广播包；不同VLAN成员之间不可进行二层互访直接通信，需要通过三层交换或者路由支持才能通信，而同一VLAN 中的成员通过VLAN交换机可以直接通信，不需路由支持。

1.2.2 VLAN与传统的LAN相比较的优势

(1)增加、移动、更改工作站灵活方便。在网络中，工作站在一个建筑物内或校园网内增加、移动、更改是很常见的事情。划分了VLAN后，当一个工作站需要变动物理位置时，只要通过网管工作站就可以重新配置其属性。当一个工作站在相同的VLAN内移动位置时，它在新的位置仍然保留其原有的属性:当一个工作站在不同VLAN之间移动时，就把新的VLAN的属性应用于这个站。若因作需要，部的一个人员需调到另一个部门，或因开发某个项目需要临时组建一个由不同部门的技术人员组成的工作小组时，有了VLAN，小组的成员就不必真正集中到一起，他们只需坐在自己的计算机旁就可参与另一部门的工作或了解其他合作伙伴的工作情况。工作结束后，这个工作组可以随之消失。

(2)隔离广播风暴，提高网络性能。网络中大量的广播信息所带来的带宽消耗和网络延迟甚至造成网络堵塞，对用户来讲是不容忽视的。VLAN具有隔离广播风暴的特点，可以把一个大的局域网划分成几个小的VLAN，使每个VLAN中的广播信息大大减少，从而减少整个网络范围内广播包的传输，提高网络传输效率。除此之外，在划分VLAN时，若将工作性质相同的用户集中在同一个VLAN，减少跨VLAN的访问，可减少路由器经网络传输带来的延迟，也能进一步提高网络的性能。

(3)增强网络的安全性。各个VLAN之间不能进行直接通信，而必须通过路由器转发。如果VLAN之间没有路由器，那么VLAN 就是与外界隔离的，相当于一个独立的局域网，可防止大部分以网络监听为手段的入侵。当使用路由器转发时，可以在路由器上进行相应的设置，实现网络的安全访问控制。另外，在每个交换机端口只有一个工作站的结构中，可以形成特别有效的限制非授权访问的屏障。

(4)提高网络的可靠性。在VLAN中利用STP可以在两条毛链路上进行负载分担和冗余备份。也就是说，当两条Trunk链路都工作的时候，可以使一部分VLAN通过一条毛田链路传递信息，另一部分VLAN通过另一条工m吐链路传递信息，使得两条毛链路共同分担信息传递，提高传送速度;当两条Trunk 链路中有一条不能传递信息时，另一条自动承担全部VLAN的信息传递，保证了网络传递信息的可靠性。

第二章虚拟局域网的划分

2.1 基于端口的VLAN划分

这是最常应用的一种VLAN划分方法，应用也最为广泛、最有效，目前绝大多数VLAN协议的交换机都提供这种VLAN配置方法。这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的交换端口来划分的，它是将VLAN交换机上的物理端口和VLAN交换机内部的PVC（永久虚电路）端口分成若干个组，每个组构成一个虚拟网，相当于一个独立的VLAN交换机。

对于不同部门需要互访时，可通过路由器转发，并配合基于MAC地址的端口过滤。对某站点的访问路径上最靠近该站点的交换机、路由交换机或路由器的相应端口上，设定可通过的

MAC地址集。这样就可以防止非法入侵者从内部盗用IP地址从其他可接入点入侵的可能。

从这种划分方法本身我们可以看出，这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都定义为相应的VLAN组即可。适合于任何大小的网络。它的缺点是如果某用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，必须重新定义。

2.2 基于MAC地址的VLAN划分

这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置他属于哪个组，它实现的机制就是每一块网卡都对应唯一的MAC地址，VLAN交换机跟踪属于VLAN MAC的地址。这种方式的VLAN允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置时，自动保留其所属VLAN的成员身份。

由这种划分的机制可以看出，这种VLAN的划分方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，因为它是基于用户，而不是基于交换机的端口。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，所以这种划分方法通常适用于小型局域网。而且这种划分的方法也导致了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，保存了许多用户的MAC地址，查询起来相当不容易。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