VLAN在交換機(jī)上的六種實(shí)現(xiàn)方法

一、VLAN基礎(chǔ)知識(shí)

VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名為"虛擬局域網(wǎng)"，注意不是"VPN"（虛擬專用網(wǎng)）。VLAN是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分（注意，不是從物理上劃分）成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術(shù)。這一新興技術(shù)主要應(yīng)用于交換機(jī)和路由器中，但主流應(yīng)用還是在交換機(jī)之中。但又不是所有交換機(jī)都具有此功能，只有VLAN協(xié)議的第三層以上交換機(jī)才具有此功能，這一點(diǎn)可以查看相應(yīng)交換機(jī)的說明書即可得知。

IEEE于1999年頒布了用以標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實(shí)現(xiàn)方案的802.1Q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案。VLAN技術(shù)的出現(xiàn)，使得管理員根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，把同一物理局域網(wǎng)內(nèi)的不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域，每一個(gè)VLAN都包含一組有著相同需求的計(jì)算機(jī)工作站，與物理上形成的LAN有著相同的屬性。由于它是從邏輯上劃分，而不是從物理上劃分，所以同一個(gè)VLAN內(nèi)的各個(gè)工作站沒有限制在同一個(gè)物理范圍中，即這些工作站可以在不同物理LAN網(wǎng)段。由VLAN的特點(diǎn)可知，一個(gè)VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到其他VLAN中，從而有助于控制流量、減少設(shè)備投資、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理、提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。

交換技術(shù)的發(fā)展，也加快了新的交換技術(shù)（VLAN）的應(yīng)用速度。通過將企業(yè)網(wǎng)絡(luò)劃分為虛擬網(wǎng)絡(luò)VLAN網(wǎng)段，可以強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)安全，控制不必要的數(shù)據(jù)廣播。

在共享網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)物理的網(wǎng)段就是一個(gè)廣播域。而在交換網(wǎng)絡(luò)中，廣播域可以是有一組任意選定的第二層網(wǎng)絡(luò)地址（MAC地址）組成的虛擬網(wǎng)段。這樣，網(wǎng)絡(luò)中工作組的劃分可以突破共享網(wǎng)絡(luò)中的地理位置限制，而完全根據(jù)管理功能來劃分。這種基于工作流的分組模式，大大提高了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和重組的管理功能

在同一個(gè)VLAN中的工作站，不論它們實(shí)際與哪個(gè)交換機(jī)連接，它們之間的通訊就好象在獨(dú)立的交換機(jī)上一樣。同一個(gè)VLAN中的廣播只有VLAN中的成員才能聽到，而不會(huì)傳輸?shù)狡渌?VLAN中去，這樣可以很好的控制不必要的廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。同時(shí)，若沒有路由的話，不同VLAN之間不能相互通訊，這樣增加了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中不同部門之間的安全性。

網(wǎng)絡(luò)管理員可以通過配置VLAN之間的路由來全面管理企業(yè)內(nèi)部不同管理單元之間的信息互訪。交換機(jī)是根據(jù)用戶工作站的MAC地址來劃分VLAN的。所以，用戶可以自由的在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)辦公，不論他在何處接入交換網(wǎng)絡(luò)，他都可以與VLAN內(nèi)其他用戶自如通訊。

VLAN網(wǎng)絡(luò)可以是有混合的網(wǎng)絡(luò)類型設(shè)備組成，比如：10M以太網(wǎng)、100M以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服務(wù)器、集線器、網(wǎng)絡(luò)上行主干等等。

VLAN除了能將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)廣播域，從而有效地控制廣播風(fēng)暴的發(fā)生，以及使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得非常靈活的優(yōu)點(diǎn)外，還可以用于控制網(wǎng)絡(luò)中不同部門、不同站點(diǎn)之間的互相訪問。?

VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭，用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶互訪，每個(gè)工作組就是一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播范圍，并能夠形成虛擬工作組，動(dòng)態(tài)管理網(wǎng)絡(luò)。

二、VLAN的劃分方法

VLAN在交換機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方法，可以大致劃分為六類:

1. 基于端口劃分的VLAN

這是最常應(yīng)用的一種VLAN劃分方法，應(yīng)用也最為廣泛、最有效，目前絕大多數(shù)VLAN協(xié)議的交換機(jī)都提供這種VLAN配置方法。這種劃分VLAN的方法是根據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的交換端口來劃分的，它是將VLAN交換機(jī)上的物理端口和VLAN交換機(jī)內(nèi)部的PVC（永久虛電路）端口分成若干個(gè)組，每個(gè)組構(gòu)成一個(gè)虛擬網(wǎng)，相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的VLAN交換機(jī)。

對(duì)于不同部門需要互訪時(shí)，可通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，并配合基于MAC地址的端口過濾。對(duì)某站點(diǎn)的訪問路徑上最靠近該站點(diǎn)的交換機(jī)、路由交換機(jī)或路由器的相應(yīng)端口上，設(shè)定可通過的MAC地址集。這樣就可以防止非法入侵者從內(nèi)部盜用IP地址從其他可接入點(diǎn)入侵的可能。

從這種劃分方法本身我們可以看出，這種劃分的方法的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員時(shí)非常簡(jiǎn)單，只要將所有的端口都定義為相應(yīng)的VLAN組即可。適合于任何大小的網(wǎng)絡(luò)。它的缺點(diǎn)是如果某用戶離開了原來的端口，到了一個(gè)新的交換機(jī)的某個(gè)端口，必須重新定義。

2. 基于MAC地址劃分VLAN

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的MAC地址來劃分，即對(duì)每個(gè)MAC地址的主機(jī)都配置他屬于哪個(gè)組，它實(shí)現(xiàn)的機(jī)制就是每一塊網(wǎng)卡都對(duì)應(yīng)唯一的 MAC地址，VLAN交換機(jī)跟蹤屬于VLAN MAC的地址。這種方式的VLAN允許網(wǎng)絡(luò)用戶從一個(gè)物理位置移動(dòng)到另一個(gè)物理位置時(shí)，自動(dòng)保留其所屬VLAN的成員身份。

由這種劃分的機(jī)制可以看出，這種VLAN的劃分方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)用戶物理位置移動(dòng)時(shí)，即從一個(gè)交換機(jī)換到其他的交換機(jī)時(shí)，VLAN不用重新配置，因?yàn)樗腔谟脩簦皇腔诮粨Q機(jī)的端口。這種方法的缺點(diǎn)是初始化時(shí)，所有的用戶都必須進(jìn)行配置，如果有幾百個(gè)甚至上千個(gè)用戶的話，配置是非常累的，所以這種劃分方法通常適用于小型局域網(wǎng)。而且這種劃分的方法也導(dǎo)致了交換機(jī)執(zhí)行效率的降低，因?yàn)樵诿恳粋€(gè)交換機(jī)的端口都可能存在很多個(gè)VLAN組的成員，保存了許多用戶的MAC地址，查詢起來相當(dāng)不容易。另外，對(duì)于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣VLAN就必須經(jīng)常配置。

3. 基于網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議劃分VLAN

VLAN按網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來劃分，可分為IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN網(wǎng)絡(luò)。這種按網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來組成的 VLAN，可使廣播域跨越多個(gè)VLAN交換機(jī)。這對(duì)于希望針對(duì)具體應(yīng)用和服務(wù)來組織用戶的網(wǎng)絡(luò)管理員來說是非常具有吸引力的。而且，用戶可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部自由移動(dòng)，但其VLAN成員身份仍然保留不變。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN，而且可以根據(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理者來說很重要，還有，這種方法不需要附加的幀標(biāo)簽來識(shí)別VLAN，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。這種方法的缺點(diǎn)是效率低，因?yàn)闄z查每一個(gè)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層地址是需要消耗處理時(shí)間的(相對(duì)于前面兩種方法)，一般的交換機(jī)芯片都可以自動(dòng)檢查網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)禎頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術(shù)，同時(shí)也更費(fèi)時(shí)。當(dāng)然，這與各個(gè)廠商的實(shí)現(xiàn)方法有關(guān)。

4. 根據(jù)IP組播劃分VLAN

IP 組播實(shí)際上也是一種VLAN的定義，即認(rèn)為一個(gè)IP組播組就是一個(gè)VLAN。這種劃分的方法將VLAN擴(kuò)大到了廣域網(wǎng)，因此這種方法具有更大的靈活性，而且也很容易通過路由器進(jìn)行擴(kuò)展，主要適合于不在同一地理范圍的局域網(wǎng)用戶組成一個(gè)VLAN，不適合局域網(wǎng)，主要是效率不高。

5. 按策略劃分VLAN

基于策略組成的VLAN能實(shí)現(xiàn)多種分配方法，包括VLAN交換機(jī)端口、MAC地址、IP地址、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議等。網(wǎng)絡(luò)管理人員可根據(jù)自己的管理模式和本單位的需求來決定選擇哪種類型的VLAN 。

6. 按用戶定義、非用戶授權(quán)劃分VLAN

基于用戶定義、非用戶授權(quán)來劃分VLAN，是指為了適應(yīng)特別的VLAN網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)用戶的特別要求來定義和設(shè)計(jì)VLAN，而且可以讓非VLAN群體用戶訪問VLAN，但是需要提供用戶密碼，在得到VLAN管理的認(rèn)證后才可以加入一個(gè)VLAN。

三、VLAN的優(yōu)越性

任何新技術(shù)要得到廣泛支持和應(yīng)用，肯定存在一些關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，VLAN技術(shù)也一樣，它的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 增加了網(wǎng)絡(luò)連接的靈活性

借助VLAN技術(shù)，能將不同地點(diǎn)、不同網(wǎng)絡(luò)、不同用戶組合在一起，形成一個(gè)虛擬的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，就像使用本地LAN一樣方便、靈活、有效。VLAN可以降低移動(dòng)或變更工作站地理位置的管理費(fèi)用，特別是一些業(yè)務(wù)情況有經(jīng)常性變動(dòng)的公司使用了VLAN后，這部分管理費(fèi)用大大降低。

2. 控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播

VLAN可以提供建立防火墻的機(jī)制，防止交換網(wǎng)絡(luò)的過量廣播。使用VLAN，可以將某個(gè)交換端口或用戶賦于某一個(gè)特定的VLAN組，該VLAN組可以在一個(gè)交換網(wǎng)中或跨接多個(gè)交換機(jī)，在一個(gè)VLAN中的廣播不會(huì)送到VLAN之外。同樣，相鄰的端口不會(huì)收到其他VLAN產(chǎn)生的廣播。這樣可以減少廣播流量，釋放帶寬給用戶應(yīng)用，減少廣播的產(chǎn)生。

3. 增加網(wǎng)絡(luò)的安全性

因?yàn)橐粋€(gè)VLAN就是一個(gè)單獨(dú)的廣播域，VLAN之間相互隔離，這大大提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率，確保了網(wǎng)絡(luò)的安全保密性。人們?cè)贚AN上經(jīng)常傳送一些保密的、關(guān)鍵性的數(shù)據(jù)。保密的數(shù)據(jù)應(yīng) 提供訪問控制等安全手段。一個(gè)有效和容易實(shí)現(xiàn)的方法是將網(wǎng)絡(luò)分段成幾個(gè)不同的廣播組，網(wǎng)絡(luò)管理員限制了VLAN中用戶的數(shù)量，禁止未經(jīng)允許而訪問VLAN中的應(yīng)用。交換端口可以基于應(yīng)用類型和訪問特權(quán)來進(jìn)行分組，被限制的應(yīng)用程序和資源一般置于安全性VLAN中。

四、VLAN的配置案例分析

某公司有100臺(tái)計(jì)算機(jī)左右，主要使用網(wǎng)絡(luò)的部門有：生產(chǎn)部(20)、財(cái)務(wù)部(15)、人事部(8)和信息中心(12)四大部分。

　　網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)為：

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中干部分采用3臺(tái)Catalyst 1900網(wǎng)管型交換機(jī)（分別命名為：Switch1、Switch2和Switch3，各交換機(jī)根據(jù)需要下接若干個(gè)集線器，主要用于非VLAN用戶，如行政文書、臨時(shí)用戶等）、一臺(tái)Cisco 2514路由器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)都通過路由器Cisco 2514與外部互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。

所連的用戶主要分布于四個(gè)部分，即：生產(chǎn)部、財(cái)務(wù)部、信息中心和人事部。主要對(duì)這四個(gè)部分用戶單獨(dú)劃分VLAN，以確保相應(yīng)部門網(wǎng)絡(luò)資源不被盜用或破壞。

現(xiàn)為了公司相應(yīng)部分網(wǎng)絡(luò)資源的安全性需要，特別是對(duì)于像財(cái)務(wù)部、人事部這樣的敏感部門，其網(wǎng)絡(luò)上的信息不想讓太多人可以隨便進(jìn)出，于是公司采用了VLAN的方法來解決以上問題。

通過VLAN的劃分，可以把公司主要網(wǎng)絡(luò)劃分為：生產(chǎn)部、財(cái)務(wù)部、人事部和信息中心四個(gè)主要部分，對(duì)應(yīng)的VLAN組為為：Prod、Fina、Huma、Info，各VLAN組所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)段如下表1所示。

VLAN號(hào)	VLAN名	端口號(hào)
2	Prod	Switch1 2-21
3	Fina	Switch22-16
4	Huma	Switch32-9
5	Info	? Switch310-21

【注】之所以把交換機(jī)的VLAN號(hào)從"2"號(hào)開始，那是因?yàn)榻粨Q機(jī)有一個(gè)默認(rèn)的VLAN，那就是"1"號(hào)VLAN，它包括所有連在該交換機(jī)上的用戶。

五、VLAN的配置過程

VLAN的配置過程其實(shí)非常簡(jiǎn)單，只需兩步：

（1）為各VLAN組命名；

（2）把相應(yīng)的VLAN對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的交換機(jī)端口。

下面是具體的配置過程：

　　第1步：

設(shè)置好超級(jí)終端，連接上1900交換機(jī)，通過超級(jí)終端配置交換機(jī)的VLAN，連接成功后出現(xiàn)如下所示的主配置界面（交換機(jī)在此之前已完成了基本信息的配置）：

1 user(s) now ac tive on Management Console.

User Interface Menu

[M] Menus

[K] Command Line

[I] IP Configuration

Enter Selection:

【注】超級(jí)終端是利用Windows系統(tǒng)自帶的"超級(jí)終端"（Hypertrm）程序進(jìn)行的，具體參見有關(guān)資料。

　　第2步：

單擊"K"按鍵，選擇主界面菜單中"[K] Command Line"選項(xiàng)，進(jìn)入如下命令行配置界面：

CLI session with the switch is open.

To end the CLI session,enter [Exit ].

此時(shí)我們進(jìn)入了交換機(jī)的普通用戶模式，就象路由器一樣，這種模式只能查看現(xiàn)在的配置，不能更改配置，并且能夠使用的命令很有限。所以我們必須進(jìn)入"特權(quán)模式"。

　　第3步：

在上一步">"提示符下輸入進(jìn)入特權(quán)模式命令"enable"，進(jìn)入特權(quán)模式，命令格式為">enable"，此時(shí)就進(jìn)入了交換機(jī)配置的特權(quán)模式提示符：

#config t

Enter configuration commands,one perline.End with CNTL/Z

(config)#

　　第4步：

為了安全和方便起見，我們分別給這3個(gè)Catalyst 1900交換機(jī)起個(gè)名字，并且設(shè)置特權(quán)模式的登陸密碼。下面僅以Switch1為例進(jìn)行介紹。配置代碼如下：

(config)#hostname Switch1

Switch1(config)# enable password level 15XXXXXX

Switch1(config)#

【注】特權(quán)模式密碼必須是4~8位字符這，要注意，這里所輸入的密碼是以明文形式直接顯示的，要注意保密。交換機(jī)用 level 級(jí)別的大小來決定密碼的權(quán)限。Level 1 是進(jìn)入命令行界面的密碼，也就是說，設(shè)置了 level 1 的密碼后，你下次連上交換機(jī)，并輸入 K 后，就會(huì)讓你輸入密碼，這個(gè)密碼就是 level 1 設(shè)置的密碼。而 level 15 是你輸入了"enable"命令后讓你輸入的特權(quán)模式密碼。

　　第5步：

設(shè)置VLAN名稱。因四個(gè)VLAN分屬于不同的交換機(jī)，VLAN命名的命令為"vlanvlan號(hào) name vlan名稱，在Switch1、Switch2、Switch3、交換機(jī)上配置2、3、4、5號(hào)VLAN的代碼為：

Switch1 (config)#vlan 2 name Prod

Switch2 (config)#vlan 3 name Fina

Switch3 (config)#vlan 4 name Huma

Switch3 (config)#vlan 5 name Info

【注】以上配置是按表1規(guī)則進(jìn)行的。

　　第6步：

上一步我們對(duì)各交換機(jī)配置了VLAN組，現(xiàn)在要把這些VLAN對(duì)應(yīng)于表1所規(guī)定的交換機(jī)端口號(hào)。對(duì)應(yīng)端口號(hào)的命令是"vlan-membership static/ dynamic VLAN號(hào) "。在這個(gè)命令中"static"(靜態(tài))和"dynamic"(動(dòng)態(tài))分配方式兩者必須選擇一個(gè)，不過通常都是選擇"static"(靜態(tài))方式。

? ? ? ?

?VLAN端口號(hào)應(yīng)用配置如下：

（1）. 名為"Switch1"的交換機(jī)的VLAN端口號(hào)配置如下：

Switch1(config)#int e0/2

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/3

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/4

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

……

Switch1(config-if)#int e0/20

Switch(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/21

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#

【注】"int"是"nterface"命令縮寫，是接口的意思。"e0/3"是"ethernet 0/2"的縮寫，代表交換機(jī)的0號(hào)模塊2號(hào)端口。

（2）. 名為"Switch2"的交換機(jī)的VLAN端口號(hào)配置如下：

Switch2(config)#int e0/2