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通信概念--虚拟局域网(VLAN)

发布时间:2026/11/6 6:17:11 来源:云帆数科 栏目:资讯中心
通信概念--虚拟局域网(VLAN)
一、局域网的概念(一) 局域网的简介局域网LAN通常指的是在有限的地理区域内如办公室、学校、家庭或工厂内部通过传输介质连接多台计算机和其他设备所形成的封闭网络。局域网的主要目的是实现数据通信和资源共享使得网络中的用户可以方便地访问文件、打印服务、电子邮件和互联网等资源。与局域网相比城域网MAN覆盖的范围更广通常是一个城市或城镇的规模而广域网WAN则覆盖更广阔的地理区域可以跨越多个城市或国家。(二)传输介质局域网使用的传输介质有双绞线这是最常用的传输介质因其成本低、安装方便适用于大多数办公环境。同轴电缆曾经广泛使用但现在由于技术进步逐渐被双绞线和光纤所取代。光纤提供极高的数据传输速率和远距离传输能力常用于数据中心和需要高速传输的场合。无线通过无线电波传输数据提供了安装的灵活性和移动性适用于难以形成布线的环境。(三)局域网的特点局域具有以下特点覆盖范围小通常从几米到几公里不等。数据传输速率高从10Mbps到10000Mbps10Gbps或更高。时延较低因为数据在网络中的传输距离较短。局域网的这些特性使其非常适合需要快速、可靠通信的场合如企业内部的文件服务器访问、打印服务和高速数据交换等。(四)局域网的拓扑结构1、总线型总线型拓扑结构总线型拓扑结构通过一条共享的传输介质将所有的终端主机相连。结构简单但是一旦总线出现故障就会影响到整个局域主机的通信。最传统的10M以太网就是总线型拓扑结构。2、星型星型拓扑结构星型拓扑结构通过中央设备如交换机用对应的端口和传输介质与各个主机进行相连。当某一台主机的链路出现故障只会影响到这一台主机不会影响其他主机的通信。但是中央设备会成为整个网络的瓶颈如交换机的性能不够或出现故障会影响整个网络的通信。交换式以太网就是使用的星型拓扑结构。3、环型环型拓扑结构环型拓扑结构对应的是令牌环网该网络早期是与以太网相竞争的一种网络。若一台主机要与另一台主机进行通信需要先捕获到在环内运行的空令牌使用这个空令牌去承载数据。该令牌就会带着数据沿着环路运行直到找到想要通信的主机为止。通信完成后就会释放令牌变成空令牌继续沿着环路运行。令牌环网是一种循环机制而以太网是一种竞争机制。二、虚拟局域网(VLAN)(一)VLAN的简介虚拟局域网Virtual Local Area Network, VALN是一种在交换网络中划分不同广播域的技术它通常根据管理功能、组织机构或应用类型将一个物理局域网划分为多个VALN。每个VLAN都是一个独立的广播域/逻辑网络发往VLAN之外的数据包必须通过路由器或三层交换机进行转发。构成VLAN的物理端口不一定来自同一个交换机或者说不同物理局域网中的物理网段也可以属于一个VLAN。如下图所示一个VLAN设计的实例其中为每个部门定义了一个VLAN3个VLAN分布在不同位置的3台交换机上。把交换局域网划分成VLAN(二)VLAN的实现在交换机上实现VLAN可以采用静态或动态的方法静态分配VLAN。为交换机的各个端口指定所属的VLAN这种基于端口的划分方法是把各个端口固定地分配给不同的VLAN任何连接到交换机的设备都属于接入端口所在的VLAN。动态分配VLAN。动态VLAN通过网络管理软件包来创建可以根据设备的MAC地址、网络层协议、网络层地址、IP地址或管理策略来划分VLAN。根据MAC地址划分VALN的方法应用最多一般交换机都支持这种方法。无论一台设备连接到交换网络的什么地方接入交换机根据设备的MAC地址就可以确定该设备的VLAN成员身份。这种方法使得用户可以在交换网络中改变接入位置而仍能访问所属的VLAN。但是当用户数量很多时对每个用户设备分配VLAN的工作量是很大的管理负担。(三)VLAN的优势把物理网络划分成VLAN的优点如下。控制网络流量一个VLAN内部的通信包括广播通信不会转发到其他VLAN中去从而有助于控制广播风暴减少冲突域提高网络带宽的利用率。提高网络的安全性可以通过配置VLAN之间的路由来提供广播过滤、安全和流量控制等功能。不同VLAN之间的通信受到限制提高了企业网络的安全性。灵活的网络管理VLAN机制使得工作组可以突破地理位置的限制而根据管理功能来划分。如果根据MAC地址划分VLAN用户可以在任何地方接入交换网络实现移动办公。(四)交换机端口之间的连接方式在划分成VLAN的交换网络中交换机端口之间的连接分为两种接入链路连接(Access-Link Connection)和中继链路连接(Trunk-Link Connection) 。接入链路连接只能链接具有标准以太网卡的设备也只能传送属于单个VLAN的数据包。任何连接到接入链路的设备都属于同一个广播域这意味着如果有10个用户连接到一个集线器Hub而集线器被插入到交换机的接入链路端口则这10个用户都属于该端口规定的VLAN。中继链路是在一条物理连接上生成多个逻辑连接每个逻辑连接属于一个VLAN。在进入中继端口时交换机在数据包加入VALN标记。这样在中继链路另一端的交换机就不仅要根据目标地址而且要根据数据包所属的VLAN进行转发决策。如图所示用不同的颜色表示不同VLAN的帧这些帧共享同一条中继链路。接入链路和中继链路为了与接入链路设备兼容在数据包进入接入链路连接的设备时交换机要删除VLAN标记恢复原来的帧的结构。添加和删除VLAN标记的过程是由交换机中的专用硬件自动实现的处理速度很快不会引入太大的延迟。从用户角度看看数据源产生标准的以太帧目标接收的也是标准以太帧VLAN标记对用户是透明的。IEEE 802.1q定义了VLAN帧标记的格式在原来的以太帧中增加4个字的标记Tag字段如下图所示其中标记控制信息Tag Control Information, TCI包含Priority、CFI和VID 3个部分各个字段的含义如下表所示。标题802.1q帧格式802.1q帧标记字段长度/位意义TPID16标记协议标识符(Tag Protocol Identifier)设定为0x8100表示该帧包含802.1q标记Priority3提供8个优先级(由802.1q定义)。当有多个帧等待发送时按优先级发送数据包CFI1规范格式指示(Canonical Fromat Indicator)0表示以太网1表示FDDI和令牌环网。这一位在以太网与FDDI和令牌环网交换数据帧时使用VID12VLAN标识符(0~4095)其中VID 0 用于识别优先级VID 4095保留未用所以最多可配置 4094 个VALN六、TRUNK七、VALN注册协议--GVPR协议十、无线局域网

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