vlan的應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中是非常廣泛的，基本上大部分的項(xiàng)目都需要?jiǎng)澐講lan，前幾天我們講到vlan的配置，有朋友就提到有沒(méi)有更基礎(chǔ)一些的內(nèi)容，今天我們就從基礎(chǔ)的vlan的知識(shí)開(kāi)始，了解vlan的劃分原理。

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為什么需要vlan：

1、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。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，同一個(gè)VLAN中的用戶間通信就和在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)一樣，同一個(gè)VLAN中的廣播只有VLAN中的 成員才能聽(tīng)到，而不會(huì)傳輸?shù)狡渌腣LAN中去，從而控制不必要的廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。同時(shí)， 若沒(méi)有路由，不同VLAN之間不能相互通信，從而提高了不同工作組之間的信息安全性。網(wǎng)絡(luò) 管理員可以通過(guò)配置VLAN之間的路由來(lái)全面管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部不同工作組之間的信息互訪。

2、未分割VLAN時(shí)將會(huì)發(fā)生什么？

那么，為什么需要分割VLAN(廣播域）呢？那是因?yàn)?，如果僅有一個(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(lái)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，也就是泛濫了。接著，交換機(jī)2收到廣播幀后也會(huì)泛濫。交換機(jī)3、4、5也還會(huì)泛濫。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，這也就是網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。

我們分析下，這個(gè)計(jì)算A的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(shuō)：只要計(jì)算機(jī)B能收到就萬(wàn)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(lái)，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(lái)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(wú)謂消耗，可能會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

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vlan的原理：

1、實(shí)現(xiàn)VLAN的機(jī)制

在理解了“為什么需要VLAN”之后，接下來(lái)讓我們來(lái)了解一下交換機(jī)是如何使用VLAN分割廣播域的。

首先，在一臺(tái)未設(shè)置任何VLAN的二層交換機(jī)上，任何廣播幀都會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)給除接收端口外的所有其他端口上泛濫。例如，計(jì)算機(jī)A發(fā)送廣播信息后，會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)給端口2、3、4。

這時(shí)，如果在交換機(jī)上生成紅、藍(lán)兩個(gè)VLAN；

同時(shí)設(shè)置端口1、2屬于紅色VLAN、端口3、4屬于藍(lán)色VLAN。

再?gòu)腁發(fā)出廣播幀的話，交換機(jī)就只會(huì)把它轉(zhuǎn)發(fā)給同屬于一個(gè)VLAN的其他端口——也就是同屬于紅色VLAN的端口2，不會(huì)再轉(zhuǎn)發(fā)給屬于藍(lán)色VLAN的端口。

同樣，C發(fā)送廣播信息時(shí)，只會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)給其他屬于藍(lán)色VLAN的端口，不會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)給屬于紅色VLAN的端口。

就這樣，VLAN通過(guò)限制廣播幀轉(zhuǎn)發(fā)的范圍分割了廣播域。上圖中為了便于說(shuō)明，以紅、藍(lán)兩色識(shí)別不同的VLAN，在實(shí)際使用中則是用“VLAN的ID”來(lái)區(qū)分的。

VLAN生成的邏輯上的交換機(jī)是互不相通的。因此，在交換機(jī)上設(shè)置VLAN后，如果未做其他處理，VLAN間是無(wú)法通信的。

2、需要VLAN間通信時(shí)怎么辦？

那么，當(dāng)我們需要在不同的VLAN間通信時(shí)又該如何是好呢？

VLAN是廣播域。而通常兩個(gè)廣播域之間由路由器連接，廣播域之間來(lái)往的數(shù)據(jù)包都是由路由器中繼的。因此，VLAN間的通信也需要路由器提供中繼服務(wù)，這被稱作“VLAN間路由”。

VLAN間路由，可以使用普通的路由器，也可以使用三層交換機(jī)。大家可以記住不同VLAN間互相通信時(shí)需要用到路由功能。

靜態(tài)VALN

靜態(tài)VLAN也叫做基于端口的VLAN。從意思也能理解，它是固定不變的，就是明確指定交換機(jī)各端口屬于哪個(gè)VLAN的設(shè)定方法。

基于端口的vlan這種方法，主要的優(yōu)點(diǎn)就是定議vlan的成員很簡(jiǎn)單明了，思路清楚，直接針對(duì)交換機(jī)現(xiàn)有的端口設(shè)置vlan，哪些端口屬于同一個(gè)vlan，很清楚的理解。

那么它的缺點(diǎn)呢？

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(guò)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(wú)比。并且，計(jì)算機(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——這顯然靜態(tài)VLAN不適合那些需要頻繁改變拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)和大型網(wǎng)絡(luò)。

2、動(dòng)態(tài)VLAN

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(lèi)的操作。動(dòng)態(tài)VLAN可以大致分為3類(lèi)：

● 基于MAC地址的VLAN（MAC Based VLAN）

● 基于子網(wǎng)的VLAN（Subnet Based VLAN）

● 基于用戶的VLAN（User Based VLAN）

①、基于MAC地址的VLAN，就是通過(guò)查詢并記錄端口所連計(jì)算機(jī)上網(wǎng)卡的MAC地址來(lái)決定端口的所屬。假定有一個(gè)計(jì)算機(jī)的MAC地址為“A”被交換機(jī)設(shè)定為屬于VLAN“10”，那么不論MAC地址為“A”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。

例如：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。

②、基于子網(wǎng)的VLAN，則是通過(guò)所連計(jì)算機(jī)的IP地址，來(lái)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。

說(shuō)白了，只要電腦ip地址不變，那么它的vlan就不變，很方便，計(jì)算機(jī)可以換交換機(jī)端口，也可以MAC地址了，都不影響。

③、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(lái)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。

3、總結(jié)

綜上所述，vlan的設(shè)定手法有靜態(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(lèi)。

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(wèn)題；因此在選擇交換機(jī)時(shí)，一定要注意事先確認(rèn)。

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交換機(jī)之間的連接方式：

那么，如果需要設(shè)置跨越多臺(tái)交換機(jī)的VLAN時(shí)又如何呢？

1、方法一

在規(guī)劃企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，很有可能會(huì)遇到隸屬于同一部門(mén)的用戶分散在同一座建筑物中的不同樓層的情況，這時(shí)可能就需要考慮到如何跨越多臺(tái)交換機(jī)設(shè)置VLAN的問(wèn)題了。假設(shè)有如下圖所示的網(wǎng)絡(luò)，且需要將不同樓層的A、C和B、D設(shè)置為同一個(gè)VLAN。

如下圖：

這時(shí)最關(guān)鍵的就是“交換機(jī)1和交換機(jī)2該如何連接才好呢？”

最簡(jiǎn)單的方法，自然是在交換機(jī)1和交換機(jī)2上各設(shè)一個(gè)紅、藍(lán)VLAN專用的接口并互聯(lián)了。

但是，這個(gè)辦法從擴(kuò)展性和管理效率來(lái)看都不好。例如，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上再新建VLAN時(shí)，為了讓這個(gè)VLAN能夠互通，就需要在交換機(jī)間連接新的網(wǎng)線。建筑物樓層間的縱向布線是比較麻煩的，一般不能由基層管理人員隨意進(jìn)行。并且，VLAN越多，樓層間（嚴(yán)格地說(shuō)是交換機(jī)間）互聯(lián)所需的端口也越來(lái)越多，交換機(jī)端口的利用效率低是對(duì)資源的一種浪費(fèi)、也限制了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。

2、方法2

為了避免上面這種低效率的連接方式，人們想辦法讓交換機(jī)間互聯(lián)的網(wǎng)線集中到一根上，這時(shí)使用的就是匯聚鏈接（Trunk Link）。

何謂匯聚鏈接？

匯聚鏈接（Trunk Link）指的是能夠轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)不同VLAN的通信的端口。

匯聚鏈路上流通的數(shù)據(jù)幀，都被附加了用于識(shí)別分屬于哪個(gè)VLAN的特殊信息。

現(xiàn)在再讓我們回過(guò)頭來(lái)考慮一下剛才那個(gè)網(wǎng)絡(luò)如果采用匯聚鏈路又會(huì)如何呢？用戶只需要簡(jiǎn)單地將交換機(jī)間互聯(lián)的端口設(shè)定為匯聚鏈接就可以了。這時(shí)使用的一根網(wǎng)線還是普通的UTP線，而不是什么其他的特殊布線。圖例中是交換機(jī)間互聯(lián)，因此需要用交叉線來(lái)連接。

接下來(lái)，讓我們具體看看匯聚鏈接是如何實(shí)現(xiàn)跨越交換機(jī)間的VLAN的。

A發(fā)送的數(shù)據(jù)幀從交換機(jī)1經(jīng)過(guò)匯聚鏈路到達(dá)交換機(jī)2時(shí)，在數(shù)據(jù)幀上附加了表示屬于紅色VLAN的標(biāo)記。

交換機(jī)2收到數(shù)據(jù)幀后，經(jīng)過(guò)檢查VLAN標(biāo)識(shí)發(fā)現(xiàn)這個(gè)數(shù)據(jù)幀是屬于紅色VLAN的，因此去除標(biāo)記后根據(jù)需要將復(fù)原的數(shù)據(jù)幀只轉(zhuǎn)發(fā)給其他屬于紅色VLAN的端口。這時(shí)的轉(zhuǎn)送，是指經(jīng)過(guò)確認(rèn)目標(biāo)MAC地址并與MAC地址列表比對(duì)后只轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)MAC地址所連的端口。只有當(dāng)數(shù)據(jù)幀是一個(gè)廣播幀、多播幀或是目標(biāo)不明的幀時(shí)，它才會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)到所有屬于紅色VLAN的端口。

藍(lán)色VLAN發(fā)送數(shù)據(jù)幀時(shí)的情形也與此相同。

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