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深圳市雷文电子有限公司
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阅读：209发布时间：2022-2-11
从技术上来讲，VLAN（虚拟局域网）是对连接到的第二层交换机端口的网络用户的逻辑分段，不受网络用户的物理位置限制而根据用户需求进行网络分段。
简单来说，同一个VLAN中的用户间通信就和在一个局域网内一样，同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到。而不会传输到其他VLAN中去，从而控制不必要的广播风暴。
同时，若没有路由，不同VLAN之间不能互相通信，这样提高了不同工作组之间的信息安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理网络内部不同工作组之间的信息互访。
那么未分割VLAN将会发生什么呢？
如下图所示。如果A仅需与B通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中目标MAC地址才能正常通信，因此计算机A必须先广播“ARP请求信息"来尝试获取计算机B的MAC地址。
在广播这个过程中，交换机1收到ARP请求后，会将它转发给除接收端口外的其他端口，交换机3也会收到这个广播帧，然后交换机2和交换机4也会收到，并且每个端口都会转发到对应网络的客户机上，这也称为泛滥或网络风暴。
如此一来，这个简单的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的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，很容易造成网络瘫痪。
怎么划分VLAN？
在交换机中划分VLAN时，1和2端口使用同一VLAN的ID，称为一个广播域。3和4端口为同一广播域。
这样一来，就限制了广播域的范围，黄色端口和绿色端口划分成了两个逻辑上的交换机。
但是，VLAN生成的逻辑上的交换机并不互通。因此，在交换机上设置VLAN后，如果未做其他处理，VLAN间是无法通信的。
然后，并不是说两个VLAN之间不能通信，而是不同的两个VLAN之间通信需要路由器来中继，这也称为VLAN间路由。
VLAN间的路由，可以使用普通的路由器，也可以使用三层交换机。
VLAN的划分方式
（1）静态VLAN
静态VLAN也叫做基于端口的VLAN，它是固定不变的，就是明确交换机每个端口属于哪个VLAN。
但是由于端口需要一个一个的，因此当网络中的计算机数目超过一定数字后，设定操作就会变得烦杂无比。并且，计算机每次变更所连端口，都必须同时更改该端口所属VLAN的设定，所以静态VLAN不适合那些需要频繁改变拓扑结构的网络和大型网络。
（2）动态VLAN
动态上的VLAN是根据每个端口所连的计算机，随时改变端口所属的VLAN。这就可以避免上述更改设定之类的操作。
动态VALN主要分为3类：
基于MAC地址的VLAN
基于子网的VLAN
基于用户的VLAN
1）基于MAC地址的VLAN就是根据计算机网卡的MAC地址来决定端口的所属。
2）基于子网的VLAN，则是通过所连计算机的IP地址，来决定端口所属的VLAN。
3）基于用户的VLAN，则是根据交换机各端口所连的计算机上当前登录的账户信息。
多台交换机的VLAN怎么连接？
（1）同一VLAN端口互联
（2）汇聚链路端口互联（常用）
在这种情况下，交换机的接口需要同时识别和发送多个VLAN的数据帧。根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，当前有VLAN的多种接口类型，以适应不同的连接和组网。我们以华为的设备举例，见的VLAN接口有三种，包括Access、Trunk和Hybrid。
1）Access接口
Access接口一般用于和不能识别VLAN
Tag的用户终端（如用户主机、服务器）之间的相连，或者不需要区分不同VALN成员时使用。
2）Trunk接口
Trunk接口一般用于连接交换机、路由器、AP以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端。
3）Hybrid接口
Hybrid接口直白的说就是适配上述两种接口的设备，是上述两种接口的升级版。
汇聚链路端口互联的VLAN的工作原理
当计算机A与同一VLAN内的计算机B之间通信时，计算机A发出ARP请求信息，请求解析B的MAC地址。交换机收到数据帧后，检索MAC地址列表中与B属于一个VLAN（即属于黄色VLAN）的项，发现计算机B在端口2上。于是交换机将数据帧转发给端口2，最后计算机B收到该帧。由于收发双方同属于一个VLAN，所以一切处理均在交换机内完成。
（2）不同VLAN间通信时
这也是际、最复杂的情况，我们假设A设备和C设备进行通信。
过程1：计算机A从目标设备的IP地址得出两者不在同一个VLAN中，因此需要路由器的介入。那么计算机A首先先从交换机的ARP表获取路由器的MAC地址。然后向设定的默认网关（GW）转发数据帧。
过程2：得到路由器的MAC地址R后，接下来就是从交换机走一步到路由器。此时数据帧中目标MAC地址是路由器的R，但目标IP地址仍是最终要通信的对象C的地址。
过程3：交换机在端口1上收到计算机A发出的数据帧，先检索MAC地址列表与端口1属于用一个VLAN的表项。而汇聚链路会被看作属于所有的VLAN，因此这时数据帧就发送到路由器了，并且附带着黄色VLAN的信息。
过程4：路由器收到数据帧后，根据路由器内部的路由表，判断应该向绿色VLAN的地方中继。于是中继到交换机，交换机匹配绿色VLAN中目标为C，交换机去除一些没用的数据帧后，转发给端口3，最终计算机C成功的接收到这个数据帧。
总结来说就是：进行VLAN间的通信时，即使通信双方都连接在同一台交换机上，但也必须走以下通信链路：
发送方——交换机——路由器——交换机——接收方。
VLAN的优点
限制广播域：广播域被限制在一个VLAN内，节省了带宽，提高了网络处理能力。
增强局域网的安全性：不同VLAN内的报文在传输时相互隔离，即一个VLAN内的用户不能和其他VLAN内的用户直接通信。
提高了网络的健壮性：故障被限制在一个VLAN内，本VLAN内的故障不会影响其他VLAN的正常工作。
灵活构建虚拟工作组：用VLAN可以划分不同的用户到不同的工作组，同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围，网络构建和维护更方便灵活。
VLAN的使用场景
（来源华为技术）
（1）VLAN间用户的二层隔离：
在某一个写字楼内，为了降低成本，多家公司共用网络资源，各公司分别连接到一台二层交换机的不同接口，并通过统一的出口访问internet。
为了保证各公司业务的独立和安全，可将每个公司所连接的接口划分到不同的VLAN，实现公司间业务数据的*隔离。可以认为每个公司拥有独立的虚拟路由器，每个VLAN就是一个“虚拟工作组"。
（2）VLAN间用户的三层互访
如下图所示，某小型公司的两个部门分别通过二层交换机接入到一台三层交换机，所属的VLAN为VLAN2和VLAN3，部门1和部门2的用户间互通时，需要经过三层交换机。
可在交换机1和交换机2上划分VLAN并将VLAN透传到交换机3上，然后在交换机3上为每个VLAN配置一个VLANIF接口，实现VLAN2和VLAN3的之间路由。
问题和挑战
随着网络技术的发展，云计算成为目前企业IT建设的新趋势。而服务器虚拟化作为云计算的核心技术之一，得到了越来越多的应用。然而，作为传统的网络隔离技术，VLAN信息的标签遵循802.1q标准，而802.1q标准中定义的VLAN号的长度是12位，所以说VLAN总共只有2的12次方，即在标准定义中，VLAN的数量只有4096个，这也就是说为什么交换机只支持4K个VLAN，多贵的都支持4K个。这样，普通VLAN就无法满足大数量数据中心的租户间隔离需要。另外，VLAN的二层范围一般较小且固定，无法支持虚拟机大范围的动态迁移。
因此，RFC定义了VLAN扩展方案——VXLAN（虚拟扩展局域网）。VXLAN采用MAC in UDP封装方式，是NVO3的一种网络虚拟技术。VXLAN地弥补了VLAN的上述不足。一方面，通过VXLAN中的24比特VNI字段，提供多达16M租户的标识能力，远大于VLAN的数量。另一方面，VXLAN本质上在两台交换机之间构建了一条穿越数据中心基础IP网络的虚拟隧道，将数据中心虚拟网络虚拟成一个巨型“二层交换机"，满足虚拟机大范围动态迁移的需求。
在实际情况中，我们要选择合适的VLAN划分模式。
有些兄弟和我一样，都是初出茅庐的通信小白，只知道划分VLAN可以提升网络传输性能，但是在划分过程中，不合理的VLAN划分模式仍会降低网络的传输性能。
以我朋友“二哥"的公司为例，在他们的企业网络中，有50台客户机，其中有30台台式机，20台笔记本电脑。笔记本常常由秘书处或财务处办公室到老板办公室汇报，由于秘书处和财务处的数据保密程度高，故需要划分VLAN。
从上面我们知道，有四种划分VLAN的方式。
首先有笔记本电脑的存在，那静态的划分（基于端口）的划分肯定不合适。而笔记本在企业办公内部移动的就是基于MAC地址划分VLAN。
对于企业而言，的VLAN划分模式是根据端口划分VLAN和根据MAC地址划分VLAN两种模式。像“二哥"的公司，客户机不多，并且需要内部移动设备办公，根据MAC地址划分是一种的划分模式。无需移动办公的企业网络，根据端口划分VLAN。
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