虚拟局域网的工作原理

虚拟局域网的工作原理

VLAN（Virtual Local Area Network）又称虚拟局域网，是指在交换局域网的基础上，采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。一个VLAN组成一个逻辑子网，即一个逻辑广播域，它可以覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。有一个重要问题不可回避：VLAN之间如何通信？显然不能再通过第2层交换机。那样的话，广播域又合并到一起了，其必经之路是路由器。这样的结果是，本来企图通过VLAN的划分，来使用交换机代替路由器组建大型网络，以提高网络的性能，可是又回到路由器上来了，这就是VLAN的一大矛盾。

目前，VLAN之间的通讯大多是通过中心路由器完成的。这也是保证VLAN 组网灵活性的惟一办法。所有的VLAN都经过中心路由器（当然可以配置备份的中心路由器），也就是所有的广播都经过中心路由器，这样中心路由器就承受了更大的压力。当VLAN之间的通讯量较大时，中心路由器就成了网络的瓶颈，并且一旦中心路由器失效，所有VLAN之间的通讯将无法进行。这是VLAN存在的另一个矛盾

多个VLAN可不可以处于同一个网段中。这个的答案是可以的。无论按照何种VLAN划分方法，多个VLAN完全可以处于同一个网段中。多VLAN通信问题，如果多VLAN处于同一个网段中（可以想象一个A类地址），他们之间显然在二层是不能通信的，这个就是VLAN隔离。要使这些VLAN能够进行通信，必须为这些VLAN建立路由。

VLAN，是英文Virtual Local Area Network的缩写，中文名为"虚拟局域网"，VLAN是一种将局域网（LAN）设备从逻辑上划分（注意，不是从物理上划分）成一个个网段（或者说是更小的局域网LAN），从而实现虚拟工作组（单元）的数据交换技术。VLAN这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，但目前主流应用还是在交换机之中。不过不是所有交换机都具有此功能，只有三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的说明书即可得知。VLAN 的好处主要有三个：

(1)端口的分隔。即便在同一个交换机上，处于不同VLAN的端口也是不能通信的。这

样一个物理的交换机可以当作多个逻辑的交换机使用。

(2)网络的安全。不同VLAN不能直接通信，杜绝了广播信息的不安全性。

(3)灵活的管理。更改用户所属的网络不必换端口和连线，只更改软件配置就可以了。VLAN技术的出现，使得管理员根据实际应用需求，把同一物理局域网内的不同用户逻辑地划分成不同的广播域，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。由于它是从逻辑上划分，而不是从物理上划分，所以同一个VLAN内的各个工作站没有限制在同一个物理范围中，即这些工作站可以在不同物理LAN网段。由VLAN的特点可知，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。VLAN 除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同部门、不同

站点之间的互相访问。

VLAN在交换机上的实现方法，可以大致划分为六类:

1. 基于端口的VLAN

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. 基于MAC地址的VLAN

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 就必须经常配置。

3. 基于网络层协议的VLAN

VLAN按网络层协议来划分，可分为IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan 等VLAN网络。这种按网络层协议来组成的VLAN，可使广播域跨越多个VLAN 交换机。这对于希望针对具

体应用和服务来组织用户的网络管理员来说是非常具有吸引力的。而且，用户可以在网络内部自由移动，但其VLAN成员身份仍然保留不变。

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。

4. 根据IP组播的VLAN

IP 组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个IP组播组就是一个