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虚拟局域网

在数据链路层隔离的网络广播域
（重定向自VLAN）

虚拟局域网（Virtual Local Area Network或简写VLAN，V-LAN）是一种建构于局域网交换技术（LAN Switch）的网络管理的技术，网管人员可以借此透过控制交换机有效分派出入局域网的分组到正确的出入端口，达到对不同实体局域网中的设备进行逻辑分群（Grouping）管理，并降低局域网内大量资料流通时，因无用分组过多导致壅塞的问题，以及提升局域网的信息安全保障。

概述

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为实现交换机以太网的广播隔离，一种理想的解决方案就是采用虚拟局域网技术。这种对连接到第2层交换机端口的网络用户的逻辑分段技术实现非常灵活，它可以不受用户物理位置限制，根据用户需求进行VLAN划分；可在一个交换机上实现，也可跨交换机实现；可以根据网络用户的位置、作用、部门或根据使用的应用程序、上层协议或者以太网连接端口硬件地址来进行划分。

一个VLAN相当于OSI模型第2层的广播域，它能将广播控制在一个VLAN内部。而不同VLAN之间或VLAN与LAN / WAN的数据通信必须通过第3层（网络层）完成。否则，即便是同一交换机上的连接端口，假如它们不处于同一个VLAN，正常情况下也无法进行数据通信，特例是由于思科生产的交换机带有VLAN穿越漏洞，外来分组以广播进到该交换机时，它仍然会流入所有连至交换机上的电脑，而导致信息可能外泄的潜藏风险。[1]

为了解决上述信息安全议题，1995年IEEE 802委员会发表了802.1Q VLAN技术的实现标准与帧结构，希望能透过设置逻辑地址（TPID（英语：Tag Protocol Identifier）、TCI（英语：Tag Control Information）），对实体局域网区隔成独立虚拟网段，以规范分组广播时的最大范围。

VLAN的作用

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VLAN可以为网络提供以下作用：

  • 广播控制
  • 带宽利用
  • 降低延迟
  • 安全性（非设计作用，本身功能所附加出的）

VLAN的运作原理与实现方式

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物理层（physical layer）

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直接以交换机上的端口做为划分VLAN的基础。

这个方式的优点是简单与直观，因此，运用这种设置VLAN的情况十分普遍。但因为是物理层的设置，所以比较适合在规模不大的组织。

数据链路层（data link layer）

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以每台主机的MAC地址做为划分VLAN的基础。方法是先建立一个比较复杂的数据库，通常为某网络设备的MAC地址与VLAN的映射关系数据库。当该网络设备连接到端口后，交换机会向VMPS（VLAN管理策略服务器）来请求这个数据库。找到相应映射关系，完成端口到VLAN的分配。

这个方式的优点是即使电脑在实体上的位置不同，也不影响VLAN的运作。但缺点是网管人员必须在交换机中设置组织内每一台设备MAC地址与VLAN间的映射关系数据库。因此，这种设置策略的管理复杂度会随着越来越多的设备、与实体位置的群落、和不同工作任务需要而增加。

网络层（network layer）

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以每台设备的IP地址做为划分VLAN的基础，以子网视为VLAN设置的依据。

这个方式的优点是当网管人员已经将内部网段做好规划与分配的情况下，将可大辐降低网管人员规划并设置VLANs架构的复杂度。但缺点是原本传统交换机不需要对帧作任何处理，但在这个机制下，交换机不但必须剖析帧（Frame），还必须进一步取出Source IP与Destination IP进行比对，连带降低交换机接收与分派分组的效率。

VLAN 中标记 ( tagged ) 与未标记 ( untagged ) 的差异

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VLAN分为未标记和已标记。已标记的VLAN会在数据分组中加上"标记"，这样交换机和路由器才能正确处理它们。大多数网络设备都使用IEEE 802.1Q标准，它在分组中加入四个字节的标签，这个额外的消息将告诉我们这个数据包属于哪个VLAN，同时还有一个VLAN ID号码（在同一网络上最多可以有4094个VLAN）。已标记的VLAN可以可共享同一交换机端口，就是所谓的中继端口。

未标记的VLAN是建立在交换机的实体连接端口上，通常称为访问连接端口。这种VLAN在分组中不添加额外的标记信息，实际上，每个连接端口都被分配给特定的VLAN，就像将单一实体交换机分成多个虚拟小交换机。当某设备仅连接到某个VLAN的连接端口时，该连接端口将被视为未标记的，因此不会在分组中添加额外的标记。这种方式能有效管理不同的VLAN。 [2]

VLAN在网络管理上的实际应用

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只有网管型交换机和少数非网管型交换机可以支持 VLAN 设置,从而使网络提升安全。 [3]

VLAN分割网段

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可透过管理型网络交换机将VLAN进行分段，可将单一实体网络细分为多个逻辑网络。这项技术透过最大限度地减少广播流量、分隔不同类型的流量和用户，以及简化不同网段的故障和配置，从而显著增强了智能运输系统(英语：Intelligent Transport System、Intelligent Transportation System，缩写：ITS，又名：智能交通系统)的网络的性能、安全性和可管理性。

虚拟局域网(VLAN)技术之于智能交通系统的概念与应用:

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为了减少网络后台的通信混乱，复杂架构下的众多设备可以以VLAN技术按照分类分割后各自独立，就能避免后台通信网络负担过度。VLAN分隔提供了将每个设备逻辑分组以隔离广播流量的方法。例如，用5个独立的网络来分割交通路网 - 控制区、感测系统区、探测器区、摄影机区和管理区。 以物理方式观看，网络的基础结构没有变化。但就逻辑而言，每一个区块的流量已被个别独立在每个单独的VLAN中。管理VLAN被用来处理交换机之间的通信，网络与设备分离提供了更高的安全性。管理VLAN与设备分离，需要特定的证书才能访问和设置，将有助于保护网络免受未经授权的登录和配置修改。 [4]

相关内容

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参考文献

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  1. ^ Cisco IOS Switching Services Configuration Guide, Release 12.2. Cisco. Jan 30, 2014 [2018-10-25]. （原始内容存档于2019-06-03） （英语）. 
  2. ^ 化繁為簡: 虛擬區域網路（VLAN）. EtherWAN Systems. 
  3. ^ VLANs: Navigate your Network’s Security Armor. EtherWAN Systems. 
  4. ^ VLAN：優化ITS網路管理的關鍵利器. EtherWAN Systems. 
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