VLAN(Virtual LAN),翻译成中文是“虚拟局域网”。LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络,也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的网络——也就是广播域。
在此让我们先复习一下广播域的概念。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。
未分割广播域时……
那么,为什么需要分割广播域呢?那是因为,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。
![关于VLAN的一些理解(图文并茂,推荐新手阅读)_职场](http://blackbird.blogdriver.com/blackbird/inc/p_w_picpath001.gif)
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Flooding了。接着,交换机2收到广播帧后也会Flooding。交换机3、4、5也还会Flooding。最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有客户机上。
![关于VLAN的一些理解(图文并茂,推荐新手阅读)_职场_02](http://blackbird.blogdriver.com/blackbird/inc/p_w_picpath002.gif)
请大家注意一下,这个ARP请求原本是为了获得计算机B的MAC地址而发出的。也就是说:只要计算机B能收到就万事大吉了。可是事实上,数据帧却传遍整个网络,导致所有的计算机都收到了它。如此一来,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运算能力的大量无谓消耗。
广播信息是那么经常发出的吗?
读到这里,您也许会问:广播信息真是那么频繁出现的吗?
答案是:是的!实际上广播帧会非常频繁地出现。利用TCP/IP协议栈通信时,除了前面出现的ARP外,还有可能需要发出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。RIP以外的其他路由协议使用多播传输路由信息,这也会被交换机转发(Flooding)。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。(Windows XP除外……)
总之,广播就在我们身边。下面是一些常见的广播通信:
l ARP请求:建立IP地址和MAC地址的映射关系。
l RIP:一种路由协议。
l DHCP:用于自动设定IP地址的协议。
l NetBEUI:Windows下使用的网络协议。
l IPX:Novell Netware使用的网络协议。
l Apple Talk:苹果公司的Macintosh计算机使用的网络协议。
如果整个网络只有一个广播域,那么一旦发出广播信息,就会传遍整个网络,并且对网络中的主机带来额外的负担。因此,在设计LAN时,需要注意如何才能有效地分割广播域。
广播域的分割与VLAN的必要性
分割广播域时,一般都必须使用到路由器。使用路由器后,可以以路由器上的网络接口(LAN Interface)为单位分割广播域。
但是,通常情况下路由器上不会有太多的网络接口,其数目多在1~4个左右。随着宽带连接的普及,宽带路由器(或者叫IP共享器)变得较为常见,但是需要注意的是,它们上面虽然带着多个(一般为4个左右)连接LAN一侧的网络接口,但那实际上是路由器内置的交换机,并不能分割广播域。
况且使用路由器分割广播域的话,所能分割的个数完全取决于路由器的网络接口个数,使得用户无法自由地根据实际需要分割广播域。
与路由器相比,二层交换机一般带有多个网络接口。因此如果能使用它分割广播域,那么无疑运用上的灵活性会大大提高。
用于在二层交换机上分割广播域的技术,就是VLAN。通过利用VLAN,我们可以自由设计广播域的构成,提高网络设计的自由度。
IIEEE802.1Q与ISL
汇聚方式
在交换机的汇聚链接上,可以通过对数据帧附加VLAN信息,构建跨越多台交换机的VLAN。
附加VLAN信息的方法,最具有代表性的有:
l IEEE802.1Q
l ISL
现在就让我们看看这两种协议分别如何对数据帧附加VLAN信息。
IEEE802.1Q
IEEE802.1Q,俗称“Dot One Q”,是经过IEEE认证的对数据帧附加VLAN识别信息的协议。
在此,请大家先回忆一下以太网数据帧的标准格式。
IEEE802.1Q所附加的VLAN识别信息,位于数据帧中“发送源MAC地址”与“类别域(Type Field)”之间。具体内容为2字节的TPID和2字节的TCI,共计4字节。
在数据帧中添加了4字节的内容,那么CRC值自然也会有所变化。这时数据帧上的CRC是插入TPID、TCI后,对包括它们在内的整个数据帧重新计算后所得的值。
而当数据帧离开汇聚链路时,TPID和TCI会被去除,这时还会进行一次CRC的重新计算。
TPID的值,固定为0x8100。交换机通过TPID,来确定数据帧内附加了基于IEEE802.1Q的VLAN信息。而实质上的VLAN ID,是TCI中的12位元。由于总共有12位,因此最多可供识别4096个VLAN。
基于IEEE802.1Q附加的VLAN信息,就像在传递物品时附加的标签。因此,它也被称作“标签型VLAN(Tagging VLAN)”。
ISL(Inter Switch Link)
ISL,是Cisco产品支持的一种与IEEE802.1Q类似的、用于在汇聚链路上附加VLAN信息的协议。
使用ISL后,每个数据帧头部都会被附加26字节的“ISL包头(ISL Header)”,并且在帧尾带上通过对包括ISL包头在内的整个数据帧进行计算后得到的4字节CRC值。换而言之,就是总共增加了30字节的信息。
在使用ISL的环境下,当数据帧离开汇聚链路时,只要简单地去除ISL包头和新CRC就可以了。由于原先的数据帧及其CRC都被完整保留,因此无需重新计算CRC。
ISL有如用ISL包头和新CRC将原数据帧整个包裹起来,因此也被称为“封装型VLAN(Encapsulated VLAN)”。
需要注意的是,不论是IEEE802.1Q的“Tagging VLAN”,还是ISL的“Encapsulated VLAN”,都不是很严密的称谓。