LAN和VLAN技術(shù)原理-創(chuàng)新互聯(lián)

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目錄

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• 局域網(wǎng)LAN

• 虛擬局域網(wǎng)

• VLAN實(shí)現(xiàn)原理

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一、局域網(wǎng)LAN

    

    上圖表示的是最基本的LAN布局，如果兩個設(shè)備間要進(jìn)行通信，必須先知道雙方的名字，這里MAC就是他們各自的名字。假如Bob向Sally發(fā)送消息，但是一開始Bob并不知道Sally的MAC是什么，所以要先獲取Sally的MAC地址，中間有個ARP協(xié)議就是解決這個問題（Bob先廣播發(fā)送一個詢問信息，詢問Sally在哪，這個詢問信息凡是連接這個Hub的設(shè)備都會接受,Sally接受這個詢問消息后將自己的MAC發(fā)送給Bob，其他的設(shè)備則會丟棄這個詢問信息），至此已經(jīng)建立設(shè)備間通信的準(zhǔn)備條件。

    使用Hub連接的一群設(shè)備，都屬于同一個沖突域和廣播域，這里沖突域就是廣播域，簡單理解就是在這種布局中，一次只能一臺設(shè)備發(fā)送信號且其他設(shè)備都能接受該信號。

    集線器是中繼系統(tǒng)中的物理層（第一層）設(shè)備，主要作用是將信號進(jìn)行接受-恢復(fù)放大-發(fā)送，雙絞線、光纖在傳輸信號的時(shí)候，隨著距離的增大，信號會減弱造成失真，借助集線器可以讓信號傳播更遠(yuǎn)的距離；同時(shí)Hub上有很多接口，能夠擴(kuò)展終端數(shù)量擴(kuò)大LAN的規(guī)模。

    但是同一Hub上的所有設(shè)備共享帶寬，如果設(shè)備數(shù)量過多的話，會造成鏈路擁堵，嚴(yán)重的會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴。

  解決的上面布局的缺陷是將一個大的區(qū)域劃分成眾多小的區(qū)域，這樣可以縮減沖突域的范圍，降低數(shù)據(jù)擁堵，中間使用的設(shè)備是交換機(jī)。如上圖是把主集線器換成交換機(jī)，交換機(jī)的一個端口對應(yīng)一個單獨(dú)的沖突域，這樣一來一個大的廣播域就分成了多個小的沖突域，圖中的集線器只是擴(kuò)展交換機(jī)端口的沖突域。但注意的是，這整個網(wǎng)絡(luò)仍是一個廣播域。

    上面的布局還是不夠好，無法對廣播域進(jìn)行隔離，我們想象一下如果只有一個廣播域，當(dāng)主機(jī)數(shù)量越來越多時(shí)，發(fā)送一個廣播則所有設(shè)備都要進(jìn)行處理，那將是一筆很大的開銷，為此我們引進(jìn)路由器來劃分廣播域。注意，路由器可以劃分沖突域和廣播域。

    當(dāng)路由器收到廣播時(shí)，會自動把它自動丟棄，不會轉(zhuǎn)發(fā)到路由器的其他端口，實(shí)現(xiàn)了廣播域的分割。而且路由器還要一個串行接口0用來連接廣域網(wǎng)。

    圖中LAN布局所示，有6個沖突域（串行接口那個除外），3個廣播域。

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二、虛擬局域網(wǎng)

什么是VLAN（虛擬局域網(wǎng)），我們發(fā)現(xiàn)凡是帶V的，都和虛擬掛鉤，既然是虛擬的，也就是不存在物理實(shí)體的，所以在理解的時(shí)候，我們要有一定的邏輯思維。VLAN技術(shù)就是將一個物理的LAN在邏輯上劃分成多個廣播域，每一個廣播域就是一個VLAN。

為什么要使用VLAN呢，我們知道，交換機(jī)構(gòu)成的LAN可以隔離沖突域，使得同一局域網(wǎng)內(nèi)的所有主機(jī)可以同時(shí)發(fā)送消息，這確實(shí)相比集線器是一個很大的進(jìn)步，但是，當(dāng)一臺設(shè)備發(fā)送一個廣播，隨著LAN內(nèi)的主機(jī)數(shù)量越來越多，交換機(jī)要復(fù)制該廣播的數(shù)量就會增多（因?yàn)橐D(zhuǎn)發(fā)到每一天設(shè)備嘛），那么每臺設(shè)備發(fā)送廣播呢，可想而知交換機(jī)將不堪重負(fù)。因此想到了劃分廣播域，

默認(rèn)情況下，廣播會發(fā)給LAN下所有的主機(jī)如上圖，但是劃分了VLAN之后，廣播只會發(fā)給同一VLAN內(nèi)的所有主機(jī)，而不會發(fā)給其他VLAN內(nèi)的主機(jī)。

上圖所示，雖然這些主機(jī)在同一個交換機(jī)上，但是通過對交換機(jī)做一些特殊的處理（什么處理后邊詳解），本來一個廣播域被劃分成了3個廣播域，物理上這些主機(jī)在一個交換機(jī)上，但是邏輯上已經(jīng)分別劃分到三個交換機(jī)上，所以會有三個局域網(wǎng)（只不過是虛擬的），會有三個廣播域，這就是為什么叫做虛擬局域網(wǎng)的原因。

這里特別說明一點(diǎn)，VLAN1這個虛擬局域網(wǎng)編號，一般工作于管理組，所以普通VLAN都是從2開始編號，默認(rèn)情況下，所有虛擬局域網(wǎng)都隸屬于VALN1，因?yàn)槭枪芾韱T組嘛。

將來如果想添加一個PC到VLAN3里邊，只需要將其PC接到物理交換機(jī)的VLAN3接口上邊即可，而不需要像普通LAN一樣（新加的PC機(jī)要跑到指定的局域網(wǎng)里邊），這樣就實(shí)現(xiàn)了隨地增加用戶，不用關(guān)心他的物理位置的限制。

為了便于管理，同時(shí)一個VLAN就是一個廣播域，所以通常會分配一個單獨(dú)的子網(wǎng)號給一個VLAN，現(xiàn)在我們想到一個問題，同一個VLAN內(nèi)的主機(jī)能夠互相通信，但是不同VLAN的主機(jī)能通信嗎，答案是不能，為了解決這個問題，引進(jìn)了三層交換機(jī)（或路由器）等OSI的三層設(shè)備實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段通信。

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三、VLAN實(shí)現(xiàn)原理

靜態(tài)VLAN

在VLAN管理員最初配置交換機(jī)Port和VLAN ID的對應(yīng)關(guān)系時(shí)，就已經(jīng)固定了這種對應(yīng)關(guān)系，即這個Port只能對應(yīng)這個VLAN ID，之后無法進(jìn)行更改，除非管理員再重新配置。

當(dāng)一臺設(shè)備接到這個Port上的時(shí)候，怎么判斷該主機(jī)的VLAN ID與Port對應(yīng)呢，這里是根據(jù)IP配置決定的，我們知道每個VLAN都有一個子網(wǎng)號，并對應(yīng)著哪些Port，如果設(shè)備要求的IP地址和該P(yáng)ort對應(yīng)的VLAN的子網(wǎng)號不匹配，則連接失敗，該設(shè)備將無法正常通信。所以除了連接到正確的Port外，也必須給設(shè)備分配屬于該VLAN網(wǎng)絡(luò)段的IP地址，這樣才能加入到該VLAN中。

動態(tài)VLAN

交換機(jī)自動配置Port為主機(jī)所屬的VLAN。這里有三種分類：基于MAC，基于IP，基于用戶

基于MAC的VLAN（例如二層交換機(jī)）

將所有主機(jī)的硬件地址都加入到VALN的管理數(shù)據(jù)庫中，例如，一主機(jī)隨便連接到交換機(jī)的一個動態(tài)VLAN的Port時(shí)，管理數(shù)據(jù)庫將根據(jù)主機(jī)的MAC地址查詢到該主機(jī)要加入VLAN 2中，然后自動設(shè)置該P(yáng)ort為VLAN 2。缺點(diǎn)是當(dāng)主機(jī)更換了網(wǎng)卡之后，管理數(shù)據(jù)庫需要重新設(shè)定。

基于IP的VLAN（例如三層交換機(jī)）

與基于MAC不同，這種方法會記錄子網(wǎng)ID與VLAN ID的映射，而不論主機(jī)的網(wǎng)卡怎么變換，只要他的IP不變，交換機(jī)就可以根據(jù)主機(jī)的子網(wǎng)ID自動設(shè)置對應(yīng)的VLAN ID。

基于用戶的VLAN

根據(jù)操作系統(tǒng)的登錄用戶決定VLAN。

Access接口和Trunk接口

交換機(jī)中，有兩種類型的接口：接入端口（Access）和中繼端口（Trunk），Access接口只能用來連接用戶主機(jī)，只能屬于一個VLAN，因此該接口只傳輸本VLAN的數(shù)據(jù)。

以上我介紹的都是基于一臺交換機(jī)劃分VLAN的情況，當(dāng)要實(shí)現(xiàn)跨兩臺甚至更多交換機(jī)呢，基于Access接口已經(jīng)無法實(shí)現(xiàn)了，我們需要加入Trunk接口連接交換機(jī)。

如下圖，VLAN 1的A跨不同交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)給B時(shí)，都必須經(jīng)過交換機(jī)的Trunk接口，并在數(shù)據(jù)幀頭加入該VLAN 1特有的標(biāo)記字段，然后通過Trunk鏈路發(fā)送給另一臺交換機(jī)，另一臺交換機(jī)Trunk接口識別標(biāo)記之后，去除標(biāo)記，然后轉(zhuǎn)發(fā)給B。

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