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VLAN技术 2016.10.4  VLAN的概念 1.1什么是VLAN VLAN（Virtual Local Area Network）又称虚拟局域网，是指在交换局域网的基础上，采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。一个VLAN组成一个逻辑子网，即一个逻辑广播域，它可以覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中。VLAN工作在OSI参考模型的第2层和第3层，VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。 广播域，指的是广播帧（目标MAC地址全部为1）所能传递到的范围，亦即能够直接通信的范围。严格地说，并不仅仅是广播帧，多播帧（Multicast Frame）和目标不明的单播帧（Unknown Unicast Frame）也能在同一个广播域中畅行无阻。 本来，二层交换机只能构建单一的广播域，不过使用VLAN功能后，它能够将网络分割成多个广播域。 那么，为什么需要分割广播域呢？如果仅有一个广播域，有可能会影响到网络整体的传输性能。具体原因，请参看附图加深理解。 图1-1 广播帧的传播过程 图1-1中，是一个由5台二层交换机（交换机1～5）连接了大量客户机构成的网络。假设这时，计算机A需要与计算机B通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中指定目标MAC地址才能正常通信，因此计算机A必须先广播“ARP请求（ARP Request）信息”，来尝试获取计算机B的MAC地址。交换机1收到广播帧（ARP请求）后，会将它转发给除接收端口外的其他所有端口，也就是泛洪（Flooding）。接着，交换机2收到广播帧后也会泛洪。交换机3、4、5也还会泛洪。最终ARP请求会被转发到网络中的所有客户机上。 这个ARP请求原本是为了获得计算机B的MAC地址而发出的，只要计算机B能收到即可。可是事实上，ARP请求传遍整个网络，所有的计算机都收到了它。一方面广播信息消耗了网络整体的带宽，另一方面，收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理，造成了网络带宽和CPU运算能力的无谓消耗。 在网络中，实际上广播帧会非常频繁地出现。利用TCP/IP协议栈通信时，除了ARP外，还有可能有DHCP、RIP等很多其他类型的广播信息。 ARP广播，是在需要与其他主机通信时发出的。当客户机请求DHCP服务器分配IP地址时，就必须发出DHCP的广播。而使用RIP作为路由协议时，每隔30秒路由器都会对邻近的其他路由器广播一次路由信息。除了TCP/IP以外，NetBEUI、IPX和Apple Talk等协议也经常需要用到广播。例如在Windows下双击打开“网络计算机”时就会发出广播（多播）信息。下面是一些常见的广播通信： ● ARP请求：建立IP地址和MAC地址的映射关系。 ● RIP：选路信息协议(Routing Infromation Protocol)。 ● DHCP：用于自动设定IP地址的协议。 ● NetBEUI：Windows下使用的网络协议。 ● IPX：Novell Netware使用的网络协议。 ● Apple Talk：苹果公司的Macintosh计算机使用的网络协议。 1.2 VLAN的实现机制 交换机使用VLAN分割广播域， 首先，在一台未设置任何VLAN的二层交换机上，任何广播帧都会被转发给除接收端口外的所有其他端口。如图1-2，计算机A发送广播信息后，会被转发给端口2、3、4。 图1-2 交换机转发广播报文 如图1-3，如果在交换机上生成红、蓝两个VLAN；同时设置端口1、2属于红色VLAN、端口3、4属于蓝色VLAN。再从A发出广播帧的话，交换机就只会把它转发给同属于一个VLAN的其他端口——也就是同属于红色VLAN的端口2，不会再转发给属于蓝色VLAN的端口。 同样，C发送广播信息时，只会被转发给其他属于蓝色VLAN的端口，不会被转发给属于红色VLAN的端口。 图1-3 交换机广播域 VLAN通过限制广播帧转发的范围分割了广播域。图1-3中为了便于说明，以红、蓝两色识别不同的VLAN，在实际使用中则是用“VLAN ID”来区分的。 如图1-4，通过VLAN配置，一台交换机在逻辑上分割成了数台交换机。在一台交换机上生成红、蓝两个VLAN，也可以看作是将一台交换机换做一红一蓝两台虚拟的交换机。 图1-4 虚拟交换机 在红、蓝两个VLAN之外生成新的VLAN时，可以想象成又添加了新的交换机。 VLAN生成的逻辑上的交换机是互不相通的。因此，在交换机上设置VLAN后，VLAN间是无法通信的。 VLAN划分了广播域，通常广播域之间来往的数据包都是由路由器中