什么是VLAN? VLAN基本原理 _VLAN

前言
•以太网是一种基于CSMA/CD的数据网络通信技术，其特征是共享通信介质。当主机数目较多时会导致安全隐患、广播泛滥、性能显著下降甚至造成网络不可用。
•在这种情况下出现了VLAN (Virtual Local Area Network)技术解决以上问题。
•在本课程中，将介绍VLAN技术的相关概念，介绍不同二层接口的工作原理，并且会介绍VLAN的应用及其数据转发原理和相关配置。
传统以太网的问题

文章插图

•广播域：?如图是一个典型的交换网络，网络中只有终端计算机和交换机 。在这样的网络中，如果某一台计算机发送了一个广播帧，由于交换机对广播帧执行泛洪操作，结果所有其他的计算机都会收到这个广播帧 。?把广播帧所能到达的整个访问范围称为二层广播域，简称广播域 (Broadcast Domain) 。显然，一个交换网络其实就是一个广播域 。•网络安全问题和垃圾流量问题：?如图：如果PC1向PC2发送了一个单播帧 。此时SW1、SW3、SW7的mac地址表中存在关于PC2的MAC地址表项，但SW2和SW5不存在关于PC2的MAC地址表项 。那么，SW1和SW3将对该单播帧执行点对点的转发操作，SW7将对该单播帧执行丢弃操作，SW2和SW5将对该单播帧执行泛洪操作 。最后的结果是，PC2虽然收到了该单播帧，但网络中的很多其他非目的主机，同样收到了不该接收的数据帧 。•显然，广播域越大，网络安全问题和垃圾流量问题就越严重 。

•在典型交换网络中，当某台主机发送一个广播帧或未知单播帧时，该数据帧会被泛洪，甚至传递到整个广播域。
•广播域越大，产生的网络安全问题、垃圾流量问题，就越严重。
虚拟局域网 (VLAN, Virtual LAN)

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•为了解决广播域带来的问题，人们引入了VLAN (Virtual Local Area Network)，即虚拟局域网技术：?通过在交换机上部署VLAN，可以将一个规模较大的广播域在逻辑上划分成若干个不同的、规模较小的广播域，由此可以有效地提升网络的安全性，同时减少垃圾流量，节约网络资源 。•VLAN的特点：?一个VLAN就是一个广播域，所以在同一个VLAN内部，计算机可以直接进行二层通信；而不同VLAN内的计算机，无法直接进行二层通信，只能进行三层通信来传递信息，即广播报文被限制在一个VLAN内 。?VLAN的划分不受地域的限制 。•VLAN的好处：?灵活构建虚拟工作组：用VLAN可以划分不同的用户到不同的工作组，同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围，网络构建和维护更方便灵活 。?限制广播域：广播域被限制在一个VLAN内，节省了带宽，提高了网络处理能力 。?增强局域网的安全性：不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信 。?提高了网络的健壮性：故障被限制在一个VLAN内，本VLAN内的故障不会影响其他VLAN的正常工作 。•注：二层，即数据链路层 。

虚拟局域网VLAN可以隔离广播域。
特点：
不受地域限制。
同一VLAN内的设备才能直接进行二层通信。
如何实现VLAN

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•Switch1与Switch2同属一个企业，该企业统一规划了网络中的VLAN 。其中VLAN10用于A部门，VLAN20用于B部门。A、B部门的员工在Switch1和Switch2上都有接入。
•PC1发出的数据经过Switch1和Switch2之间的链路到达了Switch2 。如果不加处理，后者无法判断该数据所属的VLAN，也不知道应该将这个数据输出到本地哪个VLAN中。
VLAN标签 (VLAN Tag)
•交换机如何识别接收到的数据帧属于哪个VLAN？

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•如图所示，SW1识别出某个帧是属于哪个VLAN后，会在这个帧的特定位置上添加一个标签 。这个标签明确地标明了这个帧是属于哪个VLAN的 。其他交换机（如SW2）收到这个带标签的数据帧后，就能轻而易举地直接根据标签信息识别出这个帧属于哪个VLAN 。•IEEE 802.1Q定义了这种带标签的数据帧的格式 。满足这种格式的数据帧称为IEEE 802.1Q数据帧，也称VLAN数据帧 。

VLAN标签：
•要使交换机能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN信息的字段。
•IEEE 802.1Q协议规定，在以太网数据帧中加入4个字节的VLAN标签，又称VLAN Tag，简称Tag 。