电子政务 网络管理 网络技术

VLAN技术介绍

来源:网络部撰稿人:网络部发布时间:2015-07-07 字体:[] [][关闭][打印]

  

  一、VLAN概述

  以太网是一种基于CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect,载波侦听多路访问/冲突检测)的共享通讯介质的数据网络通讯技术,当主机数目较多时会导致冲突严重、广播泛滥、性能显著下降甚至使网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互联虽然可以解决冲突(Collision)严重的问题,但仍然不能隔离广播报文。在这种情况下出现了VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)技术,这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LAN—VLAN,每个VLAN是一个广播域,VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样,而VLAN间则不能直接互通,这样,广播报文被限制在一个VLAN内,如图1所示。

  

  

  图1:VLAN示意图

  VLAN 的划分不受物理位置的限制:不在同一物理位置范围的主机可以属于同一个VLAN;一个VLAN包含的用户可以连接在同一个交换机上,也可以跨越交换机,甚至可以跨越路由器。

  VLAN 的优点如下:

  1.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。

  2.增强局域网的安全性。VLAN间的二层报文是相互隔离的,即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信,如果不同VLAN要进行通信,则需通过路由器或三层交换机等三层设备。

  3.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。

  二、VLAN原理

  要使网络设备能够分辨不同VLAN的报文,需要在报文中添加标识VLAN的字段。由于普通交换机工作在OSI模型的数据链路层,只能对报文的数据链路层封装进行识别。因此,如果添加识别字段,也需要添加到数据链路层封装中。

  IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的IEEE 802.1Q 协议标准草案,对带有VLAN标识的报文结构进行了统一规定。

  传统的以太网数据帧在目的MAC地址和源MAC地址之后封装的是上层协议的类型字段,如图2所示。

  

  

  图2:传统以太网祯封装格式

  其中DA表示目的MAC地址,SA表示源MAC地址,Type表示报文所属协议类型。

  IEEE 802.1Q协议规定在目的MAC 地址和源MAC地址之后封装4个字节的VLAN Tag,用以标识VLAN的相关信息。

  

  

  图3:VLAN Tag的组成字段

  如图3所示,VLAN Tag包含四个字段,分别是TPID(Tag Protocol Identifier,标签协议标识符)、Priority、CFI(Canonical Format Indicator,标准格式指示位)和VLAN ID。

  1.TPID 用来判断本数据帧是否带有VLAN Tag,长度为16bit,缺省取值为0x8100。

  2.Priority表示报文的802.1P 优先级,长度为3bit,相关内容请参见“QoS分册”中的“QoS配置”。

  3.CFI字段标识MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装,长度为1bit,取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装,为1表示以非标准格式封装,缺省取值为0。

  4.VLAN ID标识该报文所属VLAN的编号,长度为12bit,取值范围为0~4095。由于0和4095为协议保留取值,所以VLAN ID的取值范围为1~4094。

  网络设备利用VLAN ID来识别报文所属的VLAN,根据报文是否携带VLAN Tag以及携带的VLAN Tag值,来对报文进行处理。