Vlan理論學習基礎篇

一、Vlan簡介

VLAN(Virtual Local Area Network)的中文名爲"虛擬局域網"。VLAN是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段,從而實現虛擬工作組的新興數據交換技術。
VLAN除了能將網絡劃分爲多個廣播域,從而有效地控制廣播風暴的發生,以及使網絡的拓撲結構變得非常靈活的優點外,還可以用於控制網絡中不同部門、不同站點之間的互相訪問。 
  VLAN是爲解決以太網的廣播問題和安全性而提出的一種協議,它在以太網幀的基礎上增加了VLAN頭,用VLAN ID把用戶劃分爲更小的工作組,限制不同工作組間的用戶互訪,每個工作組就是一個虛擬局域網。虛擬局域網的好處是可以限制廣播範圍,並能夠形成虛擬工作組,動態管理網絡。

  VLAN(Virtual Local Area Network,虛擬局域網)技術的出現,主要爲了解決交換機在進行局域網互連時無法限制廣播的問題。這種技術可以把一個LAN劃分成多個邏輯的LAN——VLAN,每個VLAN是一個廣播域,VLAN內的主機間通信就和在一個LAN內一樣,而VLAN間則不能直接互通,這樣,廣播報文被限制在一個VLAN內。


二、Vlan的作用
   1、廣播風暴防範:  限制網絡上的廣播,將網絡劃分爲多個VLAN可減少參與廣播風暴的設備數量。LAN分段可以防止廣播風暴波及整個網絡。VLAN可以提供建立防火牆的機制,防止交換網絡的過量廣播。使用VLAN,可以將某個交換端口或用戶賦於某一個特定的VLAN組,該VLAN組可以在一個交換網中或跨接多個交換機, 在一個VLAN中的廣播不會送到VLAN之外。同樣,相鄰的端口不會收到其他VLAN產生的廣 播。這樣可以減少廣播流量,釋放帶寬給用戶應用,減少廣播的產生。 
  2、 安全:  增強局域網的安全性,含有敏感數據的用戶組可與網絡的其餘部分隔離,從而降低泄露機密信息的可能性。不同VLAN內的報文在傳輸時是相互隔離的,即一個VLAN內的用戶不能和其它VLAN內的用戶直接通信,如果不同VLAN要進行通信,則需要通過路由器或三層交換機等三層設備。 
  3、成本降低:  成本高昂的網絡升級需求減少,現有帶寬和上行鏈路的利用率更高,因此可節約成本。 
  4、性能提高:  將第二層平面網絡劃分爲多個邏輯工作組(廣播域)可以減少網絡上不必要的流量並提高性能。 
  5、提高IT員工效率:  VLAN爲網絡管理帶來了方便,因爲有相似網絡需求的用戶將共享同一個VLAN。 
  6、簡化項目管理或應用管理:  VLAN 將用戶和網絡設備聚合到一起,以支持商業需求或地域上的需求。通過職能劃分,項目管理或特殊應用的處理都變得十分方便,例如可以輕鬆管理教師的電子教學開發平臺。此外,也很容易確定升級網絡服務的影響範圍。[1] 
  7.、增加了網絡連接的靈活性。  藉助VLAN技術,能將不同地點、不同網絡、不同用戶組合在一起,形成一個虛擬的網絡環境 ,就像使用本地LAN一樣方便、靈活、有效。VLAN可以降低移動或變更工作站地理位置的管 理費用,特別是一些業務情況有經常性變動的公司使用了VLAN後,這部分管理費用大大降低


三、Vlan的劃分類型

  1、根據端口來劃分VLAN  許多VLAN廠商都利用交換機的端口來劃分VLAN成員。被設定的端口都在同一個廣播域中。例如,一個交換機的1,2,3,4,5端口被定義爲虛擬網AAA,同一交換機的6,7,8端口組成虛擬網BBB。這樣做允許各端口之間的通訊,並允許共享型網絡的升級。但是,這種劃分模式將虛擬網限制在了一臺交換機上。 

  第二代端口VLAN技術允許跨越多個交換機的多個不同端口劃分VLAN,不同交換機上的若干個端口可以組成同一個虛擬網。 

  以交換機端口來劃分網絡成員,其配置過程簡單明瞭。因此,從目前來看,這種根據端口來劃分VLAN的方式仍然是最常用的一種方式。 
  2、根據MAC地址劃分VLAN  這種劃分VLAN的方法是根據每個主機的MAC地址來劃分,即對每個MAC地址的主機都配置它屬於哪個組。這種劃分VLAN方法的最大優點就是當用戶物理位置移動時,即從一個交換機換到其他的交換機時,VLAN不用重新配置,所以,可以認爲這種根據MAC地址的劃分方法是基於用戶的VLAN,這種方法的缺點是初始化時,所有的用戶都必須進行配置,如果有幾百個甚至上千個用戶的話,配置是非常累的。而且這種劃分的方法也導致了交換機執行效率的降低,因爲在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員,這樣就無法限制廣播包了。另外,對於使用筆記本電腦的用戶來說,他們的網卡可能經常更換,這樣,VLAN就必須不停地配置。 
  3、根據網絡層劃分VLAN  這種劃分VLAN的方法是根據每個主機的網絡層地址或協議類型(如果支持多協議)劃分的,雖然這種劃分方法是根據網絡地址,比如IP地址,但它不是路由,與網絡層的路由毫無關係。 
  這種方法的優點是用戶的物理位置改變了,不需要重新配置所屬的VLAN,而且可以根據協議類型來劃分VLAN,這對網絡管理者來說很重要,還有,這種方法不需要附加的幀標籤來識別VLAN,這樣可以減少網絡的通信量。 
  這種方法的缺點是效率低,因爲檢查每一個數據包的網絡層地址是需要消耗處理時間的(相對於前面兩種方法),一般的交換機芯片都可以自動檢查網絡上數據包的以太網幀頭,但要讓芯片能檢查IP幀頭,需要更高的技術,同時也更費時。當然,這與各個廠商的實現方法有關。 
  4、根據IP組播劃分VLAN  IP 組播實際上也是一種VLAN的定義,即認爲一個組播組就是一個VLAN,這種劃分的方法將VLAN擴大到了廣域網,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行擴展,當然這種方法不適合局域網,主要是效率不高。 
  5、基於規則的VLAN  也稱爲基於策略的VLAN。這是最靈活的VLAN劃分方法,具有自動配置的能力,能夠把相關的用戶連成一體,在邏輯劃分上稱爲“關係網絡”。網絡管理員只需在網管軟件中確定劃分VLAN的規則(或屬性),那麼當一個站點加入網絡中時,將會被“感知”,並被自動地包含進正確的VLAN中。同時,對站點的移動和改變也可自動識別和跟蹤。 
  採用這種方法,整個網絡可以非常方便地通過路由器擴展網絡規模。有的產品還支持一個端口上的主機分別屬於不同的VLAN,這在交換機與共享式Hub共存的環境中顯得尤爲重要。自動配置VLAN時,交換機中軟件自動檢查進入交換機端口的廣播信息的IP源地址,然後軟件自動將這個端口分配給一個由IP子網映射成的VLAN。 
  6、 按用戶定義、非用戶授權劃分VLAN  基於用戶定義、非用戶授權來劃分VLAN,是指爲了適應特別的VLAN網絡,根據具體的網絡用戶的特別要求來定義和設計VLAN,而且可以讓非VLAN羣體用戶訪問VLAN,但是需要提供用戶密碼,在得到VLAN管理的認證後纔可以加入一個VLAN。 
  * 以上劃分VLAN的方式中,基於端口的VLAN端口方式建立在物理層上;MAC方式建立在數據鏈路層上;網絡層和IP廣播方式建立在第三層上。

 

 

四、Vlan的通訊

1.情況一.同一VLAN內部通信

1.1.同一交換機同一VLAN的不同端口進行通信


同一交換機的同一vlan進行通訊,我們不需要對他進行什麼配置,只需要劃分好端口的vlan,交換機會自動幫我們轉發數據幀到指定的端口。

1.2.不同交換機的同一進行通信


從上述1.2可以看出,爲了節省線纜和避免環路,兩個VLAN交換機的兩個端口之間的同一條鏈路需要承載不同的VLAN數據幀,爲了使彼此能夠識別每個數據幀到底屬於哪個VLAN,十分顯然的辦法就是爲數據幀打上tag,因此上述1.2中的端口J和端口K之間的鏈路上的數據幀需要打tag,端口J和端口K都同屬於兩個VLAN,分別爲VLAN mVLAN n。換句話說,只要一個端口需要傳輸和接收屬於多個VLAN的數據幀,那麼從該端口發出的數據幀就要打上tag,從該端口接收的數據幀可以通過tag來識別它屬於哪個VLAN,用Cisco/H3C等廠商的術語來講,它就是trunk端口,兩個trunck端口之間的鏈路屬於trunk鏈路。
 
我們知道,一般而言,我們的PC機直接連接在常規二層交換機或者支持VLAN的交換機端口上,而我們的PC機發出的一般都是常規的以太網數據幀,這些數據幀是沒有tag的,它們可能根本不知道802.1q爲何物,然而VLAN存在的目的就是把一些PC機劃在一個VLAN中,而把另一些PC機劃在另一個VLAN中從而實現隔離,那麼很顯然的一種辦法就是將支持VLAN的交換機的某些端口劃在一個VLAN,而另一些端口劃在另一個VLAN中,一個VLAN的所有端口其實就形成了一個邏輯上的二層常規交換機,同屬於一個VLANPC機連接在劃在同一個VLAN的端口上,爲了擴展VLAN,鑑於單臺交換機端口數量的限制,需要級聯交換機,那麼級聯鏈路上則同時承載着不同VLAN流量,因此級聯鏈路則成爲trunk鏈路,所有不是級聯鏈路的鏈路都是直接鏈路,用廠商術語來講就是access鏈路(注意,這裏暫且不談hybrid),自然而然的,access鏈路兩端的端口都是和tag無關的,只需要做到沒有tag直通,有tag去掉即可,因此它可以連接PC機或者常規交換機以及VLAN交換機的非trunk端口。

 

2.情況二.不同VLAN之間通信

2.1.同一交換機不同VLAN之間進行通信


2.2.不同交換機的不同VLAN進行通信

     
不同vlan之間的通信需要藉助單臂路由或三層交換機的路由功能。一般來說一個vlan對應一個獨立的網段。跨vlan通訊對應着跨網段通信需要三層或以上的設備的支持。

 

 

五、劃分子網跟劃分vlan的區別

劃分子網跟劃分vlan還是有偏差,比如同一個交換機下的兩種不同狀態 :
1、劃分VLAN   ,同一個交換機下分成兩個VLAN,那麼這兩段之間通信必須要通過三層或路由,這兩段之間的廣播風暴是不通的。可視爲兩個單獨的交換機。
2、劃分子網,同一個交換機下劃分了兩個子網,所以兩子網之間通信也要通過路由,但是由於這兩個子網接在同一個交換機上,所以當出現廣播時,所以的端口都要接收。因爲廣播風暴是工作在第二層。廣播是以MAC地址爲依據的,所以同一個交換機上所有的端口都要接收廣播 。。
3、從某種意義上來說,劃分VLAN是一個更好的方法。

 

VLAN最主要的作用就是隔離廣播而 子網劃分是爲了節省IP資源,全理利 IP。
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