虚拟局域网在《计算机网络与通信》中的应用

1．虚拟局域网概述

虚拟局域网（Virtual LAN，VLAN）以交换式网络为基础，把网络上的终端用户分为若干个逻辑小组。每个逻辑小组称作一个VLAN。逻辑小组的划分与站点所处的物理位置无关，它不是物理结构上存在的一种网络类型，因此称为逻辑网络。

在IEEE802.1Q 标准中是这样定义VLAN 的：虚拟局域网是局域网中由一些具有某些共同需求的网段构成的与物理位置无关的逻辑组，网络中的每一个帧都带有明确的标识符以指明其源发站是属于哪个VLAN 的。在传统的局域网中，各站点共享传输信道所造成的信道冲突和广播风暴是影响网络性能的重要因素。

广播域是指网段上所有设备的集合。通常来说一个局域网就是一个广播域。虚拟局域网技术可以隔离广播域。

从一般意义上来讲，VLAN 是指在物理网络上通过软件策略，根据用途、工作组等将用户从逻辑上分为一个相对独立的局域网，在逻辑上等同于OSI/RM 第二层的广播域，同一个VLAN 的成员能共享广播，而不同VLAN 之间广播是相互隔离的，这样将整个网络分割成多个不同的广播域。如果要将广播发送到其他VLAN，就要用到提供路由支持的第三层网络设备，如三层交换机或路由器。

VLAN 的工作原理相当于对网络进行了逻辑分段，一个网段相当于一个广播域。与传统局域网用网桥、交换机等物理设备从物理地点上形成广播域[见图4-10（a）]不同，属于同一个VLAN 的节点设备不必存在于同一个交换机的端口上[见图4-10（b）]。网络管理员可以根据不同的服务目的，通过相应的软件灵活地建立和配置VLAN，并为每个VLAN 分配它所需要的带宽。LAN 的出现打破了传统网络许多固有的观念，为网络的各种应用提供了更加灵活方便的网络平台。

图4-10　传统LAN 与虚拟LAN 的分段示意图

2．VLAN 组网方法

以下几种VLAN 组网方法是比较常用的。

1）按端口划分

根据局域网的交换机端口号来定义VLAN成员。例如，LAN 交换机上的端口1、2、3、7、8 所连接的工作站可以构成VLAN1，而端口4、5、6 则构成VLAN2。其主要缺点是不支持用户移动，一旦用户移动至一个新的位置，网络管理员必须配置新的VLAN。如图4-11、图4-12所示。

2）MAC 地址划分

图4-11　按端口划分VLAN (www.xing528.com)

从某种意义上说，VLAN 是一种基于用户的网络，因为网卡是在工作站上，即使站点移动到其他物理网段，也能自动保持VLAN 成员资格。这种划分方法比较灵活，但当站点增多，划分的VLAN 增多时，由于其VLAN 需人工配置，会变得非常麻烦。

图4-12　多个交换机端口定义VLAN

3）按网络协议划分

这种方法是按网络协议划分VLAN 的，对TCP/IP 协议非常有效，它可方便地按网络地址（IP 地址）来划分。当采用TCP/IP 组网时，按网络层地址（即IP 地址）组成VLAN。每个VLAN 都是和一段独立的IP 网段相对应，这样IP 广播组就与VLAN 域是一一对应的关系。

用户成员可以随意移动工作站而无须重新配置网络地址，并且可减少交换机之间交换VLAN 成员信息的工作。但比基于MAC 地址VLAN 效率差些。

3．VLAN 特性

不同厂商提供的VLAN 方案各不相同，因此目前VLAN 产品必须使用同一厂家的，不同厂商的产品无法互通。

总体来说，通过合理地划分VLAN 来管理网络具有以下优点。

（1）分段灵活。逻辑划分VLAN 组，打破了地理位置的约束，在不改动网络物理连接的情况下可任意将工作站在工作组之间移动。

（2）安全性好。不同的广播域成员不能互相访问，对于保密要求高的用户，可分在一个VLAN 中。

（3）性能提高。每个站点的通信大都在VALN 内，从而减少子网间的数据流量，提高了网络整体效率。由于缩小了广播域，有利于控制广播风暴，提高了网络带宽的利用率和网络性能。

（4）管理简单。节点的变更能快速便捷地处理，无须进行布线调整，减少了当组成员物理位置变迁时的复杂操作，降低了网络维护费用。