VLAN在企业网、校园网等基础组网中发挥着重要作用。VLAN 不仅使工程师能够很好地控制他们的网络系统,而且提高了网络的安全性和可扩展性。它是在虚拟化领域提供管理的基础,即使虚拟机不断迁移,挑战网络管理的基础。在本教程中,将探讨 VLAN 配置、VLAN 标记和 VLAN 间路由等基础知识。
通过VLAN,可以将局域网网络划分为不同的组,A组中的数据不能转发给B组或其他组,提高了网络安全性,简化了管理。如下图所示。
那么为什么网络中需要VLAN呢?VLAN 通过将大型网络逻辑分割成许多较小的网络来减少独占广播,控制广播流量并提高网络效率。
您可以在了解虚拟 LAN (VLAN)技术中了解 有关 VLAN 技术的更多信息。
通常,配置 VLAN 有两种方式——静态 VLAN 和动态 VLAN。并且配置取决于VLAN的需要。
静态 VLAN:通过将端口分配给一个 VLAN 来创建。而如果用户将接入端口更改为VLAN,则需要重新配置端口,对于那些较大的网络来说,这很难管理。
动态VLAN:比静态VLAN灵活得多。它通常使用软件或协议创建。
通常,动态 VLAN 可以分为三类:基于 MAC 的 VLAN、基于 IP 子网的 VLAN 和基于用户的 VLAN。
您可以在了解虚拟 LAN (VLAN) 技术中了解 有关 VLAN 类型的更多信息。
谈到 VLAN,Trunk 和 Access 链路是不容忽视的。在 VLAN 的世界中有两种类型的接口或链路。这些链路使管理员能够将多个交换机连接在一起,或者只是简单的网络设备,如将访问 VLAN 网络的 PC。
接入链路是最常见的链路类型,可以在任何 VLAN 交换机上看到。要访问本地网络,所有网络主机都需要连接交换机的访问链路。这些链路是每个以太网交换机上的非常普通的端口,并以特殊方式配置。因此,用户可以插入计算机并访问网络。一个 VLAN 交换机上的接入链路端口(下图中的 24x100/1000BASE-T 端口)可以配置为一个或多个 VLAN。
图 2:FS.COM S5850-48T4Q VLAN 交换机上的访问端口
与接入链路不同,VLAN 中继链路通常配置为承载多个 VLAN。中继端口通常位于交换机之间的连接中。通过 VLAN 中继,用户可以将 VLAN 扩展到整个网络。例如,有四个用户(标记为 A、B、C 和 D)位于一栋办公楼的不同楼层。用户 A 和 C 属于一个 VLAN,B 和 D 属于另一个 VLAN。如何有效地将它们配置在一个 VLAN 中?就是设置一个trunk端口。
图 3:不同 VLAN 连接的 VLAN 中继端口
为了区分流量,通过中继链路的所有帧在交换机之间通过时都用特殊标签进行标记。它称为 VLAN 标记。在上面的示例中,来自用户 A 的帧在通过交换机 1 上的中继端口时将被添加一个特殊标签。当它到达交换机 2 时,中继端口识别该特殊标签并告知它属于哪个 VLAN。然后特殊标签将被删除,帧将被转发给用户 C。
这里介绍可以实现交换机间VLAN创建的常用VLAN tagging方法。
IEEE 802.1Q:也称为“Dot One Q”,它是用于标记 VLAN 中继上的帧的 IEEE 标准,最多支持 4096 个 VLAN。在这种方法中,在原始帧中插入一个 4 字节的标签,并在通过中继链路发送帧之前重新计算 FCS(帧校验序列)。并且在接收端去除标签,然后将帧发送到分配的VLAN。FS.COM中的所有第 2 层交换机都支持 4096 个 VLAN。
图 4:VLAN 标记——IEEE 802.1Q
注: TPID 指 Tag Protocol Identifier;TCI 指标签控制信息。用户优先级是一个 3 位字段,允许在帧中编码优先级信息。CFI 是一个 1 位指示器,对于以太网交换机,始终设置为零。VID字段涉及VLAN的标识符。
ISL(Inter-Switch Link): ISL 是一种类似于 IEEE 802.1Q 的协议。它是 Cisco 专有协议,用于互连多个交换机,并在流量在交换机之间传输时维护 VLAN 信息。ISL 最多支持 1000 个 VLAN。在 ISL 中,在通过中继链路的帧之前添加了一个额外的报头。在接收端,标头被删除,帧被发送到分配的 VLAN。
图 5:ISL(交换机间链路)
正如我们上面所说的,每个 VLAN 都是独立的,不同 VLAN 之间的数据是互不干扰的。那么如何实现跨VLAN的信息传输呢?这是VLAN间路由。管理员可以通过三层交换机或路由器实现 VLAN 间路由。在接下来的部分中,本文将重点介绍使用路由器进行 VLAN 间路由。
我们知道,每个 VLAN 都是一个唯一的广播域,当路由器与交换机相连时,各个 VLAN 之间的流量都可以通过路由器进行转发。为了节省成本和简化网络管理,Trunk Link也用于VLAN间路由。这里举一个例子来说明这个过程是如何工作的。如下图所示。交换机分为两个 VLAN,用不同的颜色标记。现在需要计算机 A 和 C 之间的通信。
来自计算机 A 的帧将通过中继端口并添加属于 VLAN 1 的特殊标记。标记的帧将被路由器识别,然后由路由器上属于 VLAN 1 的端口接收。在路由器内部,tagged frame 的目的 MAC 地址会更改为计算机 C 的地址,属于 VLAN 1 的特殊 tag 会被移除。但是标签属于VLAN 2。由于计算机C连接的是公共接入端口,因此帧的标签将被去除,然后转发到计算机C。
图 6:VLAN 间路由
如果 VLAN 间路由在同一个 VLAN 内,则该帧不会通过路由器,路由将在交换机中完成。此外,随着 VLAN 之间流量的增长,第 3 层交换机因其高性能和容量而成为 VLAN 间路由的更好选择。
VLAN是当今网络建设和管理中的一项重要技术。它使网络用户在不同的应用程序中相互通信,但连接到同一个物理网络。而VLAN技术目前还在发展中。