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VLAN(Virtual Local Area Network)又称"虚拟局域网"。VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段,从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中,但主流应用还是在交换机之中。VLAN是一个在物理网络上根据用途,工作组、应用等来逻辑划分的局域网络,是一个广播域,与用户的物理位置没有关系。VLAN中的网络用户是通过LAN交换机来通信的。一个VLAN中的成员看不到另一个VLAN中的成员。
在使用支持VLAN技术的交换设备组成的校园网与普通校园网相比具有以下的优势,这也是VLAN特点:
1、控制广播风暴
传统的共享介质的以太网和交换式的以太网中,所有的用户在同一个广播域中,会引起网络性能的下降,浪费带宽;而且对广播风暴的控制和网络安全只能在第三层的路由器上实现。
在使用VLAN的局域网中一个VLAN就是一个逻辑广播域,通过对VLAN的创建,隔离了广播,缩小了广播范围,可以控制广播风暴的产生,提升网络的性能,提高了网络带宽的利用率。
2、提高网络整体安全性
通过路由访问列表和MAC地址分配等VLAN划分原则,可以控制用户访问权限和逻辑网段大小,将不同用户群划分在不同VLAN,从而提高交换式网络的整体性能和安全性。
3、网络管理简单、直观
对于交换式以太网,如果对某些用户重新进行网段分配,需要网络管理员对网络系统的物理结构重新进行调整,甚至需要追加网络设备,增大网络管理的工作量。而对于采用VLAN技术的网络来说,一个VLAN可以根据部门职能、对象组或者应用将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。在不改动网络物理连接的情况下可以任意地将工作站在工作组或子网之间移动。利用虚拟网络技术,大大减轻了网络管理和维护工作的负担,降低了网络维护费用。在一个交换网络中,VLAN提供了网段和机构的弹性组合机制。
局域网中VLAN有多种划分方式,每种方法的侧重点不同,所以要依实际需要情况选择适合的划分方式。以下是四种常见的划分方法。
1. 根据端口定义
最初,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1,2,3,7,8端口被定义为虚拟网A,同一交换机的4,5,6端口组成虚拟网B。这样做允许各端口之间的通讯,并允许共享型网络的升级。但遗憾的是,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。
交换机端口来划分网络成员,其配置过程简单明了。因此,迄今为止,仍然是最常用的一种方式。但是,这种方式不允许多个VLAN种方式不允许多个VLAN共享一个物理网段或交换机端口。而且,更糟糕的是,如果某一个用户从一个端口所在的虚拟网移动到另一个端口所在的虚拟网,网络管理员需要重新进行设置。这对于拥有众多移动用户的网络来说是不可想象的。
2. 根据MAC地址定义
按MAC地址定义的VLAN有其特有的优势。因为MAC地址是捆绑在网络接口卡上的,所以这种形式的虚拟网允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置,并且自动保留其所属虚拟网段的成员身份。同时,这种方式独立于网络的高层协议(如TCP/IP,IP,IPX等)。因此,从某种意义上讲,利用MAC地址定义虚拟网可以看成是一种基于用户的网络划分手段。
这种方法的一个缺点是所有的用户必须被明确的分配给一个虚拟网。在这种初始化工作完成之后,对用户的自动跟踪才成为可能。然而,在一个拥有成千上万用户的大型网络中,如果要求管理员将每个用户都一一划分到某一个虚拟网,这实在是太困难了。因此,有些厂商便将这项配置MAC地址的复杂劳动推给了他们的网络管理工具。这些网管工具可以根据当前网络的使用情况,在MAC地址的基础上自动划分虚拟网。
3. 基于网络层的VLAN
基于网络层的虚拟网使用协议(如果网络中存在多协议的话)或网络层地址(如TCP/IP中的子网段地址)来确定网络成员的划分。
利用网络层定义虚拟网有以下几点优势。第一,这种方式可以按传输协议划分网段。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无疑是非常有诱惑力的。其次,用户可以在网络内部自由移动而不用重新配置自己的工作站,尤其是使用TCP/IP的朋友们。第三,这种类型的虚拟网可以减少由于协议转换而造成的网络延迟。
当然,缺点也总是有的。与利用MAC地址的形式相比,基于网络层的虚拟网需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换。因此,使用网络层信息来定义虚拟网的交换机要比使用数据链路层信息的交换机在速度上占劣劣势。而且,这种差异在绝大多数网络产品中都存在。另外,虽然按网络层划分的虚拟网对于使用TCP/IP协议的用户群来说是十分有效的。但是,象IPX,DECnet,AppleTalk这样的协议运行在这种虚拟网络结构中似乎就不太合适了。再者,对于某些"无法路由"的协议,如NetBIOS,按网络层定义虚拟网就更困难了。运行不可呼由的协议的工作站是不能被识别的。因此也就不能成为虚拟网的一员。
需要注意的是,虽然这种类型的虚拟网是建立在网络层的基础上,但交换机本身并不参与路由工作。当一个交换机捕捉到一个IP包,并利用IP地址确定其身份时,没有任何与路由有关的计算产生。RIP以及OSPF等路由传输协议也不被采用。交换机只是作为一个高速网桥,简单的利用扩展树算法将包转发给下一个节点上的交换机。这样看来,基于网络层的虚拟网之间的连接应该看成是一个类似于桥的拓扑结构。
4.根据IP广播组划分 根据IP广播组定义是指任何属于同一IP广播组的计算机都属于同一虚拟网。这样的虚拟网是如下建立的:当IP包广播到网络上时,它将被传送到一组IP地址的受托者那里。这组被明确定义地的广播组是在网络运行中动态生成的。任何一个工作站都有机会成为某一个广播组的成员,只要它对该广播组的广播确认信息给予肯定的回答。所有加入同一个广播组的工作站被视为同一个虚拟网的成员。然而,他们的这种成员身分可根据实际需求保留一定的时间。因此,利用IP广播域来划分虚拟网的方法给使用者带来了巨大的灵活性和可延展性。而且,在这种方式下,整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。
VLAN交换机必须有一种方式来了解VLAN的成员关系,即要让交换机知道哪一个工作站属于哪一个VLAN。一般地,基于VLAN交换机端口或者工作站的MAC地址来组建的VLAN,其VLAN成员是以直接的形式与其他成员联系的;基于三层如按IP来组建的VLAN,其VLAN成员是以间接的形式与其他成员联系的。目前VLAN之间的通信主要采取如下4种方式。
1 MAC地址静态登记通信方式
MAC地址静态登记方式是预先在VLAN交换机中设置好一张地址列表,这张列表含有工作站的MAC地址、VLAN交换机的端口号、VLAN ID等信息。当VLAN交换机从工作站接收到数据后,会对数据的内容进行检查,在与VLAN静态配置数据库中的内容进行比较后,确定数据发往去向,并对其他交换机进行广播。这种方式的缺点在于网络管理员需要不断地修改和维护MAC地址静态条目列表,且大量的MAC地址静态条目列表的广播信息容易导致主干网络拥塞。
2 帧标签通信方式
帧标签通信方式采用标签(Tag)技术,即给每个数据包都加上一个标签,用来标明数据包属于哪个VLAN。这样,VLAN交换机就能够将来自不同VLAN的数据流复用到相同的VLAN交换机上。这种方式的缺点是每个数据包需加上标签,从而使网络的负载相应增加。
3 虚连接通信方式
虚连接通信方式是指网络中用户A与B在第一次通信时,发送地址解析(ARP)广播包。VLAN交换机将MAC和所连接的VLAN交换机的端口号保存到动态条目MAC地址列表中,当A和B有数据要传送时,VLAN交换机从其端口收到的数据包中识别出目的MAC地址,查看动态条目MAC地址列表,得到目的站点所在的VLAN交换机端口。这样,两个端口间就建立起一条虚连接,数据包就可以从源端口转发到目的端口。数据包一旦转发完毕,虚连接即被撤销。这种方式能使带宽资源得到很好利用,提高了VLAN交换机效率。
4 路由通信方式
在按IP划分的VLAN中,很容易实现路由,即将交换功能和路由功能融合在VLAN交换机中。这种方式既可达到作为VLAN控制广播风暴的最基本的目的,又不需要外接路由器;但缺点是VLAN成员之间的通信速度不是很理想。
虚拟网络技术打破了地理环境的制约,在不改动网络物理连接的情况下可以任意将工作站在工作组或子网之间移动,将工作站组成逻辑工作组或虚拟子网,提高信息系统的运作性能,均衡网络数据流量,合理利用硬件及信息资源。而且,虚拟网络技术大大减轻了网络管理和维护工作的负担,降低了网络维护费用。虽然VLAN技术目前还存在诸如技术标准的统一、VLAN管理的开销和VALN配置自动化等问题,然而随着技术的进步。这些问题将逐步得到解决,VLAN技术广泛应用于网络建设,从而为提高网络的工作效率发挥更大作用。随着校园网络的规模不断扩大和发展,也使得VLAN技术在校园网得更广泛应用。因此具有广阔的发展前景。
在使用支持VLAN技术的交换设备组成的校园网与普通校园网相比具有以下的优势,这也是VLAN特点:
1、控制广播风暴
传统的共享介质的以太网和交换式的以太网中,所有的用户在同一个广播域中,会引起网络性能的下降,浪费带宽;而且对广播风暴的控制和网络安全只能在第三层的路由器上实现。
在使用VLAN的局域网中一个VLAN就是一个逻辑广播域,通过对VLAN的创建,隔离了广播,缩小了广播范围,可以控制广播风暴的产生,提升网络的性能,提高了网络带宽的利用率。
2、提高网络整体安全性
通过路由访问列表和MAC地址分配等VLAN划分原则,可以控制用户访问权限和逻辑网段大小,将不同用户群划分在不同VLAN,从而提高交换式网络的整体性能和安全性。
3、网络管理简单、直观
对于交换式以太网,如果对某些用户重新进行网段分配,需要网络管理员对网络系统的物理结构重新进行调整,甚至需要追加网络设备,增大网络管理的工作量。而对于采用VLAN技术的网络来说,一个VLAN可以根据部门职能、对象组或者应用将不同地理位置的网络用户划分为一个逻辑网段。在不改动网络物理连接的情况下可以任意地将工作站在工作组或子网之间移动。利用虚拟网络技术,大大减轻了网络管理和维护工作的负担,降低了网络维护费用。在一个交换网络中,VLAN提供了网段和机构的弹性组合机制。
局域网中VLAN有多种划分方式,每种方法的侧重点不同,所以要依实际需要情况选择适合的划分方式。以下是四种常见的划分方法。
1. 根据端口定义
最初,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1,2,3,7,8端口被定义为虚拟网A,同一交换机的4,5,6端口组成虚拟网B。这样做允许各端口之间的通讯,并允许共享型网络的升级。但遗憾的是,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。
交换机端口来划分网络成员,其配置过程简单明了。因此,迄今为止,仍然是最常用的一种方式。但是,这种方式不允许多个VLAN种方式不允许多个VLAN共享一个物理网段或交换机端口。而且,更糟糕的是,如果某一个用户从一个端口所在的虚拟网移动到另一个端口所在的虚拟网,网络管理员需要重新进行设置。这对于拥有众多移动用户的网络来说是不可想象的。
2. 根据MAC地址定义
按MAC地址定义的VLAN有其特有的优势。因为MAC地址是捆绑在网络接口卡上的,所以这种形式的虚拟网允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置,并且自动保留其所属虚拟网段的成员身份。同时,这种方式独立于网络的高层协议(如TCP/IP,IP,IPX等)。因此,从某种意义上讲,利用MAC地址定义虚拟网可以看成是一种基于用户的网络划分手段。
这种方法的一个缺点是所有的用户必须被明确的分配给一个虚拟网。在这种初始化工作完成之后,对用户的自动跟踪才成为可能。然而,在一个拥有成千上万用户的大型网络中,如果要求管理员将每个用户都一一划分到某一个虚拟网,这实在是太困难了。因此,有些厂商便将这项配置MAC地址的复杂劳动推给了他们的网络管理工具。这些网管工具可以根据当前网络的使用情况,在MAC地址的基础上自动划分虚拟网。
3. 基于网络层的VLAN
基于网络层的虚拟网使用协议(如果网络中存在多协议的话)或网络层地址(如TCP/IP中的子网段地址)来确定网络成员的划分。
利用网络层定义虚拟网有以下几点优势。第一,这种方式可以按传输协议划分网段。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无疑是非常有诱惑力的。其次,用户可以在网络内部自由移动而不用重新配置自己的工作站,尤其是使用TCP/IP的朋友们。第三,这种类型的虚拟网可以减少由于协议转换而造成的网络延迟。
当然,缺点也总是有的。与利用MAC地址的形式相比,基于网络层的虚拟网需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换。因此,使用网络层信息来定义虚拟网的交换机要比使用数据链路层信息的交换机在速度上占劣劣势。而且,这种差异在绝大多数网络产品中都存在。另外,虽然按网络层划分的虚拟网对于使用TCP/IP协议的用户群来说是十分有效的。但是,象IPX,DECnet,AppleTalk这样的协议运行在这种虚拟网络结构中似乎就不太合适了。再者,对于某些"无法路由"的协议,如NetBIOS,按网络层定义虚拟网就更困难了。运行不可呼由的协议的工作站是不能被识别的。因此也就不能成为虚拟网的一员。
需要注意的是,虽然这种类型的虚拟网是建立在网络层的基础上,但交换机本身并不参与路由工作。当一个交换机捕捉到一个IP包,并利用IP地址确定其身份时,没有任何与路由有关的计算产生。RIP以及OSPF等路由传输协议也不被采用。交换机只是作为一个高速网桥,简单的利用扩展树算法将包转发给下一个节点上的交换机。这样看来,基于网络层的虚拟网之间的连接应该看成是一个类似于桥的拓扑结构。
4.根据IP广播组划分 根据IP广播组定义是指任何属于同一IP广播组的计算机都属于同一虚拟网。这样的虚拟网是如下建立的:当IP包广播到网络上时,它将被传送到一组IP地址的受托者那里。这组被明确定义地的广播组是在网络运行中动态生成的。任何一个工作站都有机会成为某一个广播组的成员,只要它对该广播组的广播确认信息给予肯定的回答。所有加入同一个广播组的工作站被视为同一个虚拟网的成员。然而,他们的这种成员身分可根据实际需求保留一定的时间。因此,利用IP广播域来划分虚拟网的方法给使用者带来了巨大的灵活性和可延展性。而且,在这种方式下,整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。
VLAN交换机必须有一种方式来了解VLAN的成员关系,即要让交换机知道哪一个工作站属于哪一个VLAN。一般地,基于VLAN交换机端口或者工作站的MAC地址来组建的VLAN,其VLAN成员是以直接的形式与其他成员联系的;基于三层如按IP来组建的VLAN,其VLAN成员是以间接的形式与其他成员联系的。目前VLAN之间的通信主要采取如下4种方式。
1 MAC地址静态登记通信方式
MAC地址静态登记方式是预先在VLAN交换机中设置好一张地址列表,这张列表含有工作站的MAC地址、VLAN交换机的端口号、VLAN ID等信息。当VLAN交换机从工作站接收到数据后,会对数据的内容进行检查,在与VLAN静态配置数据库中的内容进行比较后,确定数据发往去向,并对其他交换机进行广播。这种方式的缺点在于网络管理员需要不断地修改和维护MAC地址静态条目列表,且大量的MAC地址静态条目列表的广播信息容易导致主干网络拥塞。
2 帧标签通信方式
帧标签通信方式采用标签(Tag)技术,即给每个数据包都加上一个标签,用来标明数据包属于哪个VLAN。这样,VLAN交换机就能够将来自不同VLAN的数据流复用到相同的VLAN交换机上。这种方式的缺点是每个数据包需加上标签,从而使网络的负载相应增加。
3 虚连接通信方式
虚连接通信方式是指网络中用户A与B在第一次通信时,发送地址解析(ARP)广播包。VLAN交换机将MAC和所连接的VLAN交换机的端口号保存到动态条目MAC地址列表中,当A和B有数据要传送时,VLAN交换机从其端口收到的数据包中识别出目的MAC地址,查看动态条目MAC地址列表,得到目的站点所在的VLAN交换机端口。这样,两个端口间就建立起一条虚连接,数据包就可以从源端口转发到目的端口。数据包一旦转发完毕,虚连接即被撤销。这种方式能使带宽资源得到很好利用,提高了VLAN交换机效率。
4 路由通信方式
在按IP划分的VLAN中,很容易实现路由,即将交换功能和路由功能融合在VLAN交换机中。这种方式既可达到作为VLAN控制广播风暴的最基本的目的,又不需要外接路由器;但缺点是VLAN成员之间的通信速度不是很理想。
虚拟网络技术打破了地理环境的制约,在不改动网络物理连接的情况下可以任意将工作站在工作组或子网之间移动,将工作站组成逻辑工作组或虚拟子网,提高信息系统的运作性能,均衡网络数据流量,合理利用硬件及信息资源。而且,虚拟网络技术大大减轻了网络管理和维护工作的负担,降低了网络维护费用。虽然VLAN技术目前还存在诸如技术标准的统一、VLAN管理的开销和VALN配置自动化等问题,然而随着技术的进步。这些问题将逐步得到解决,VLAN技术广泛应用于网络建设,从而为提高网络的工作效率发挥更大作用。随着校园网络的规模不断扩大和发展,也使得VLAN技术在校园网得更广泛应用。因此具有广阔的发展前景。