什么是VLAN?
VLAN(Virtual LAN)，翻譯成中文是“虛擬局域網(wǎng)”。LAN可以是由少數(shù)幾臺(tái)家用計(jì)算機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，也可以是數(shù)以百計(jì)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的網(wǎng)絡(luò)——也就是廣播域。
在此讓我們先復(fù)習(xí)一下廣播域的概念。廣播域，指的是廣播幀(目標(biāo)MAC地址全部為1)所能傳遞到的范圍，亦即能夠直接通信的范圍。嚴(yán)格地說，并不僅僅是廣播幀，多播幀(Multicast Frame)和目標(biāo)不明的單播幀(Unknown UnicastFrame)也能在同一個(gè)廣播域中暢行無阻。
本來，二層交換機(jī)只能構(gòu)建單一的廣播域，不過使用VLAN功能后，它能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)分割成多個(gè)廣播域。
未分割廣播域時(shí)……
那么，為什么需要分割廣播域呢?那是因?yàn)椋绻麅H有一個(gè)廣播域，有可能會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)整體的傳輸性能。具體原因，請(qǐng)參看附圖加深理解。
圖中，是一個(gè)由5臺(tái)二層交換機(jī)(交換機(jī)1～5)連接了大量客戶機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)這時(shí)，計(jì)算機(jī)A需要與計(jì)算機(jī)B通信。在基于以太網(wǎng)的通信中，必須在數(shù)據(jù)幀中指定目標(biāo)MAC地址才能正常通信，因此計(jì)算機(jī)A必須先廣播“ARP請(qǐng)求(ARP Request)信息”，來嘗試獲取計(jì)算機(jī)B的MAC地址。
交換機(jī)1收到廣播幀(ARP請(qǐng)求)后，會(huì)將它轉(zhuǎn)發(fā)給除接收端口外的其他所有端口，也就是Flooding了。接著，交換機(jī)2收到廣播幀后也會(huì)Flooding。交換機(jī)3、4、5也還會(huì)Flooding。最終ARP請(qǐng)求會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到同一網(wǎng)絡(luò)中的所有客戶機(jī)上。
請(qǐng)大家注意一下，這個(gè)ARP請(qǐng)求原本是為了獲得計(jì)算機(jī)B的MAC地址而發(fā)出的。也就是說：只要計(jì)算機(jī)B能收到就萬事大吉了?？墒鞘聦?shí)上，數(shù)據(jù)幀卻傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致所有的計(jì)算機(jī)都收到了它。如此一來，一方面廣播信息消耗了網(wǎng)絡(luò)整體的帶寬，另一方面，收到廣播信息的計(jì)算機(jī)還要消耗一部分CPU時(shí)間來對(duì)它進(jìn)行處理。造成了網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU運(yùn)算能力的大量無謂消耗。
廣播信息是那么經(jīng)常發(fā)出的嗎?
讀到這里，您也許會(huì)問：廣播信息真是那么頻繁出現(xiàn)的嗎?
答案是：是的!實(shí)際上廣播幀會(huì)非常頻繁地出現(xiàn)。利用TCP/IP協(xié)議棧通信時(shí)，除了前面出現(xiàn)的ARP外，還有可能需要發(fā)出DHCP、RIP等很多其他類型的廣播信息。
ARP廣播，是在需要與其他主機(jī)通信時(shí)發(fā)出的。當(dāng)客戶機(jī)請(qǐng)求DHCP服務(wù)器分配IP地址時(shí) ，就必須發(fā)出DHCP的廣播。而使用RIP作為路由協(xié)議時(shí)，每隔30秒路由器都會(huì)對(duì)鄰近的其他路由器廣播一次路由信息。RIP以外的其他路由協(xié)議使用多播傳輸路由信息，這也會(huì)被交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)(Flooding)。除了TCP/IP以外，NetBEUI、IPX和AppleTalk等協(xié)議也經(jīng)常需要用到廣播。例如在Windows下雙擊打開“網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)”時(shí)就會(huì)發(fā)出廣播(多播)信息。(Windows XP除外……)
總之，廣播就在我們身邊。下面是一些常見的廣播通信：
l ARP請(qǐng)求：建立IP地址和MAC地址的映射關(guān)系。
l RIP：一種路由協(xié)議。
l DHCP：用于自動(dòng)設(shè)定IP地址的協(xié)議。
l NetBEUI：Windows下使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
l IPX：Novell Netware使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
l Apple Talk：蘋果公司的Macintosh計(jì)算機(jī)使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)廣播域，那么一旦發(fā)出廣播信息，就會(huì)傳遍整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)帶來額外的負(fù)擔(dān)。因此，在設(shè)計(jì)LAN時(shí)，需要注意如何才能有效地分割廣播域。
廣播域的分割與VLAN的必要性
分割廣播域時(shí)，一般都必須使用到路由器。使用路由器后，可以以路由器上的網(wǎng)絡(luò)接口(LAN Interface)為單位分割廣播域。
但是，通常情況下路由器上不會(huì)有太多的網(wǎng)絡(luò)接口，其數(shù)目多在1～4個(gè)左右。隨著寬帶連接的普及，寬帶路由器(或者叫IP共享器)變得較為常見，但是需要注意的是，它們上面雖然帶著多個(gè)(一般為4個(gè)左右)連接LAN一側(cè)的網(wǎng)絡(luò)接口，但那實(shí)際上是路由器內(nèi)置的交換機(jī)，并不能分割廣播域。
況且使用路由器分割廣播域的話，所能分割的個(gè)數(shù)完全取決于路由器的網(wǎng)絡(luò)接口個(gè)數(shù)，使得用戶無法自由地根據(jù)實(shí)際需要分割廣播域。
與路由器相比，二層交換機(jī)一般帶有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口。因此如果能使用它分割廣播域，那么無疑運(yùn)用上的靈活性會(huì)大大提高。
用于在二層交換機(jī)上分割廣播域的技術(shù)，就是VLAN。通過利用VLAN，我們可以自由設(shè)計(jì)廣播域的構(gòu)成，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的自由度。
由于需要一個(gè)個(gè)端口地指定，因此當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)數(shù)目超過一定數(shù)字(比如數(shù)百臺(tái))后，設(shè)定操作就會(huì)變得煩雜無比。并且，客戶機(jī)每次變更所連端口，都必須同時(shí)更改該端口所屬VLAN的設(shè)定——這顯然不適合那些需要頻繁改變拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。
動(dòng)態(tài)VLAN
另一方面，動(dòng)態(tài)VLAN則是根據(jù)每個(gè)端口所連的計(jì)算機(jī)，隨時(shí)改變端口所屬的VLAN。這就可以避免上述的更改設(shè)定之類的操作。動(dòng)態(tài)VLAN可以大致分為3類：
l 基于MAC地址的VLAN(MAC Based VLAN)
l 基于子網(wǎng)的VLAN(Subnet Based VLAN)
l 基于用戶的VLAN(User Based VLAN)
其間的差異，主要在于根據(jù)OSI參照模型哪一層的信息決定端口所屬的VLAN。
基于MAC地址的VLAN，就是通過查詢并記錄端口所連計(jì)算機(jī)上網(wǎng)卡的MAC地址來決定端口的所屬。假定有一個(gè)MAC地址“A”被交換機(jī)設(shè)定為屬于VLAN“10”，那么不論MAC地址為“A”的這臺(tái)計(jì)算機(jī)連在交換機(jī)哪個(gè)端口，該端口都會(huì)被劃分到VLAN10中去。計(jì)算機(jī)連在端口1時(shí)，端口1屬于VLAN10;而計(jì)算機(jī)連在端口2時(shí)，則是端口2屬于VLAN10。
由于是基于MAC地址決定所屬VLAN的，因此可以理解為這是一種在OSI的第二層設(shè)定訪問鏈接的辦法。
但是，基于MAC地址的VLAN，在設(shè)定時(shí)必須調(diào)查所連接的所有計(jì)算機(jī)的MAC地址并加以登錄。而且如果計(jì)算機(jī)交換了網(wǎng)卡，還是需要更改設(shè)定。
基于子網(wǎng)的VLAN，則是通過所連計(jì)算機(jī)的IP地址，來決定端口所屬VLAN的。不像基于MAC地址的VLAN，即使計(jì)算機(jī)因?yàn)榻粨Q了網(wǎng)卡或是其他原因?qū)е翸AC地址改變，只要它的IP地址不變，就仍可以加入原先設(shè)定的VLAN。
因此，與基于MAC地址的VLAN相比，能夠更為簡(jiǎn)便地改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。IP地址是OSI參照模型中第三層的信息，所以我們可以理解為基于子網(wǎng)的VLAN是一種在OSI的第三層設(shè)定訪問鏈接的方法。
基于用戶的VLAN，則是根據(jù)交換機(jī)各端口所連的計(jì)算機(jī)上當(dāng)前登錄的用戶，來決定該端口屬于哪個(gè)VLAN。這里的用戶識(shí)別信息，一般是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)登錄的用戶，比如可以是Windows域中使用的用戶名。這些用戶名信息，屬于OSI第四層以上的信息。
總的來說，決定端口所屬VLAN時(shí)利用的信息在OSI中的層面越高，就越適于構(gòu)建靈活多變的網(wǎng)絡(luò)。
訪問鏈接的總結(jié)
綜上所述，設(shè)定訪問鏈接的手法有靜態(tài)VLAN和動(dòng)態(tài)VLAN兩種，其中動(dòng)態(tài)VLAN又可以繼續(xù)細(xì)分成幾個(gè)小類。
其中基于子網(wǎng)的VLAN和基于用戶的VLAN有可能是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商使用獨(dú)有的協(xié)議實(shí)現(xiàn)的，不同廠商的設(shè)備之間互聯(lián)有可能出現(xiàn)兼容性問題;因此在選擇交換機(jī)時(shí)，一定要注意事先確認(rèn)。
下表總結(jié)了靜態(tài)VLAN和動(dòng)態(tài)VLAN的相關(guān)信息。
跟著尚云學(xué)VLAN（二）：實(shí)現(xiàn)VLAN的機(jī)制
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