虚拟局域网

  声明:百科词条人人可编辑,词条创建和修改均免费,绝不存在官方及代理商付费代编,请勿上当受骗。详情

  VLAN(Virtual Local Area Network)的中文名为虚拟局域网。

  虚拟局域网(VLAN)是一组逻辑上的设备和用户,这些设备和用户并不受物理位置的限制,可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来,相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样,由此得名虚拟局域网。VLAN是一种比较新的技术,工作在OSI参考模型的第2层和第3层,一个VLAN就是一个广播域,VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。与传统的局域网技术相比较,VLAN技术更加灵活,它具有以下优点: 网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少;可以控制广播活动;可提高网络的安全性。

  在计算机网络中,一个二层网络可以被划分为多个不同的广播域,一个广播域对应了一个特定的用户组,默认情况下这些不同的广播域是相互隔离的。不同的广播域之间想要通信,需要通过一个或多个路由器。这样的一个广播域就称为VLAN。

  IEEE于1999年颁布了用于标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案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。

  交换技术的发展,也加快了新的交换技术(VLAN)的应用速度。通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段,可以强化网络管理和网络安全,控制不必要的数据广播。在共享网络中,一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中,广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址MAC地址)组成的虚拟网段。这样,网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制,而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式,大大提高了网络规划和重组的管理功能。在同一个VLAN中的工作站,不论它们实际与哪个交换机连接,它们之间的通讯就好象在独立的交换机上一样。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到,而不会传输到其他的VLAN中去,这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时,若没有路由的话,不同VLAN之间不能相互通讯,这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访。交换机是根据工作站的MAC地址来划分VLAN的。所以,用户可以自由的在企业网络中移动办公,不论他在何处接入交换网络,他都可以与VLAN内其他用户自由通讯。

  VLAN网络可以是有混合的网络类型设备组成,比如:10M以太网、100M以太网、令牌网FDDICDDI等等,可以是工作站服务器集线器、网络上行主干等。

  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。

  物理位置不同的多个主机如果划分属于同一个VLAN,则这些主机之间可以相互通信。物理位置相同的多个主机如果属于不同的VLAN,则这些主机之间不能直接通信。VLAN通常在交换机或路由器上实现,在以太网帧中增加VLAN标签来给以太网帧分类,具有相同VLAN标签的以太网帧在同一个广播域中传送。

  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VLAN ID把用户划分为更小的工作组,限制不同工作组间的用户互访,每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以限制广播范围,并能够形成虚拟工作组,。

  VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)的目的非常的多。通过认识VLAN的本质,将可以了解到

  1、要知道192.168.1.2/30和192.168.2.6/30都属于不同的网段,都必须要通过路由器才能进行访问,凡是不同网段间要互相访问,都必须通过路由器。

  2、VLAN本质就是指一个网段,之所以叫做虚拟的局域网,是因为它是在虚拟的路由器的接口下创建的网段。

  下面,给予说明。比如一个路由器只有一个用于终端连接的端口(当然这种情况基本不可能发生,只不过简化举例),这个端口被分配了192.168.1.1/24的地址。然而由于公司有两个部门,一个销售部,一个企划部,每个部门要求单独成为一个子网,有单独的服务器。那么当然可以划分为192.168.1.0--127/25、192.168.1.128--255/25。但是路由器的物理端口只应该可以分配一个IP地址,那怎样来区分不同网段了?这就可以在这个物理端口下,创建两个子接口---逻辑接口实现。

  比如逻辑接口F0/0.1就分配IP地址192.168.1.1/25,用于销售部,而F0/0.2就分配IP地址192.168.1.129/25,用于企划部。这样就等于用一个物理端口却实现了两个逻辑接口的功能,这样就将原本只能划分一个网段的情形,扩展到了可以划分2个或者更多个网段的情形。这些网段因为是在逻辑接口下创建的,所以称之为虚拟局域网VLAN。这是在路由器的层次上阐述了VLAN的目的。

  在现实中,由于很多原因必须划分出不同网段。比如就简单的只有销售部和企划部两个网段。那么可以简单的将销售部全部接入一个交换机,然后接入路由器的一个端口,把企划部全部接入一个交换机,然后接入一个路由器端口。这种情况是LAN。然而正如上面所说,如果路由器就一个用于终端的接口,那么这两个交换机就必须接入这同一个路由器的接口,这个时候,如果还想保持原来的网段的划分,那么就必须使用路由器的子接口,创建VLAN。

  同样,比如两个交换机,如果你想要每个交换机上的端口都分别属于不同的网段,那么你有几个网段,就提供几个路由器的接口,这个时候,虽然在路由器的物理接口上可以定义这个接口可以连接哪个网段,但是在交换机的层次上,它并不能区分哪个端口属于哪个网段,那么唯一实现能区分的方法,就是划分VLAN,使用了VLAN就能区分出某个交换机端口的终端是属于哪个网段的。

  综上,当一个交换机上的所有端口中有至少一个端口属于不同网段的时候,当路由器的一个物理端口要连接2个或者以上的网段的时候,就是VLAN发挥作用的时候,这就是VLAN的目的。

  限制网络上的广播,将网络划分为多个VLAN可减少参与广播风暴的设备数量。VLAN分段可以防止广播风暴波及整个网络。VLAN可以提供建立防火墙的机制,防止交换网络的过量广播。使用VLAN,可以将某个交换端口或用户赋予某一个特定的VLAN组,该VLAN组可以在一个交换网中或跨接多个交换机,在一个VLAN中的广播不会送到VLAN之外。同样,相邻的端口不会收到其他VLAN产生的广播。这样可以减少广播流量,释放带宽给用户应用,减少广播的产生。

  增强局域网的安全性’含有敏感数据的用户组可与网络的其余部分隔离,从而降低泄露机密信息的可能性。不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的,即一个VLAN内的用户不能和其他VLAN内的用户直接通信,如果不同VLAN要进行通信,则需要通过路由器或三层交换机等三层设备。

  成本高昂的网络升级需求减少,现有带宽和上行链路的利用率更高,因而可节约成本。

  将第二层平面网络划分为多个逻辑工作组(广播域)可以减少网络上不必要的流量并提高性能。

  VLAN为网络管理带来了方便,因为有相似网络需求的用户将共享同一个VLAN。

  VLAN将用户和网络设备聚合到一起,以支持商业需求或地域上的需求。通过职能划分,项目管理或特殊应用的处理都变得十分方便,例如可以轻松管理教师的电子教学开发平台。此外,也很容易确定升级网络服务的影响范围。

  借助VLAN技术,能将不同地点、不同网络、不同用户组合在一起,形成一个虚拟的网络环境,就像使用本地VLAN一样方便、灵活、有效。VLAN可以降低移动或变更工作站地理位置的管理费用,特别是一些业务情况有经常性变动的公司使用了VLAN后,这部分管理费用大大降低。

  VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网,因此建立VLAN需要相应的支持VLAN技术的网络设备。当网络中的不同VLAN间进行相互通信时,需要路由的支持,这时就需要增加路由设备——要实现路由功能,既可采用路由器,也可采用三层交换机来完成,同时还严格限制了用户数量。

  许多VLAN厂商都利用交换机的端口来划分VLAN成员。被设定的端口都在同一个广播域中。例如,一个交换机的1,2,3,4,5端口被定义虚拟网AAA,同一交换机的6,7,8端口组成虚拟网BBB。这样做允许各端口之间的通讯,并允许共享型网络的升级。但是,这种划分模式将虚拟网限制在了一台交换机上。

  第二代端口VLAN技术允许跨越多个交换机的多个不同端口划分VLAN,不同交换机上的若干个端口可以组成同一个虚拟网。

  以交换机端口来划分网络成员,其配置过程简单明了。因此,从目前来看,这种根据端口来划分VLAN的方式仍然是最常用的一种方式。

  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地址的主机都配置它属于哪个组。这种划分VLAN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,所以,可以认为这种根据MAC地址的划分方法是基于用户的VLAN,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。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,这样就无法限制广播包了。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就必须不停地配置。

  这种划分VLAN的方法是根据每个主机网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的,虽然这种划分方法是根据网络地址,比如IP地址,但它不是路由,与网络层的路由毫无关系。

  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。

  IP组播实际上也是一种VLAN的定义,即认为一个组播组就是一个VLAN,这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网,因此这种方法具有更大的灵活性,而且也很容易通过路由器进行扩展,当然这种方法不适合局域网,主要是效率不高。

  也称为基于策略的VLAN。这是最灵活的VLAN划分方法,具有自动配置的能力,能够把相关的用户连成一体,在逻辑划分上称为“关系网络”。网络管理员只需在中确定划分VLAN的规则(或属性),那么当一个站点加入网络中时,将会被“感知”,并被自动地包含进正确的VLAN中。同时,对站点的移动和改变也可自动识别和跟踪。

  采用这种方法,整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。有的产品还支持一个端口上的主机分别属于不同的VLAN,这在交换机与共享式Hub共存的环境中显得尤为重要。自动配置VLAN时,交换机软件自动检查进入交换机端口的广播信息的IP源地址,然后软件自动将这个端口分配给一个由映射成的VLAN。

  基于用户定义、非用户授权来划分VLAN,是指为了适应特别的VLAN网络,根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN,而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN,但是需要提供用户密码,在得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。

  以上划分VLAN的方式中,基于端口的VLAN端口方式建立在物理层上;MAC方式建立在数据链路层上;网络层和IP广播方式建立在第三层上。

  IEEE 802. 1Q是IEEE 802委员会制定的VLAN标准。是否支持1EEE 802. 1Q标准,是衡量LAN交换机的重要指标之一。目前,新一代的LAN交换机都支持IEEE 802. 1Q,而较早的设备则不支持。

  ISL(Inter Switch Link)协议是由Cisco开发的,它支持实现跨多个交换机的VLAN。该协议使用10bit寻址技术,数据包只传送到那些具有相同10bit地址的交换机和链路上,由此来进行逻辑分组,控制交换机和路由器之间广播和传输的流量。

  尽管大约有80%的通信流量发生在VLAN内,但仍然有大约20%的通信流量要跨越不同的VLAN。目前,解决VLAN之间的通信主要采用路由器技术。

  集中式路由策略是指所有VLAN都通过一个中心路由器实现互联。对于同一交换机(一般指二层交换机)上的两个端口,如果它们属于两个不同的VLAN,尽管它们在同一交换机上,在数据交换时也要通过中心路由器来选择路由。

  这种方式的优点是简单明了,逻辑清晰。缺点是由于路由器的转发速度受限,会加大网络时延,容易发生拥塞现象。因此,这就要求中心路由器提供很高的处理能力和容错特性。

  分布式路由策略是将路由选择功能适当地分布在带有路由功能的交换机上(指三层交换机),同一交换机上的不同VLAN可以直接实现互通,这种路由方式的优点是具有极高的路由速度和良好的可伸缩性。

  王刚耀著. 网络运维亲历记[M]. 北京:清华大学出版社, 2016.07.第81页