VLAN及其在校园网中的应用分析

1 引言
        VLAN(Virtual Local Area Network)又称虚拟局域网，建立在局域网交换机的基础之上，是采用网络管理软件构建的可跨越不同网段、不同网络的端到端的逻辑网络。一个VLAN组成一个逻辑子网，即逻辑广播域，它可覆盖多个网络设备，允许处于不同地理位置的网络用户加入到一个逻辑子网中，在功能和操作上与传统LAN基本相同，可提供一定范围内终端系统的互联。
2 虚拟局域网技术的特点
基于VLAN的校园网与普通校园网相比具有以下特点：
(1)管理简单节点的增加、移动及其他变化都通过管理控制台快速便捷处理，而无需到布线室进行调整。
(2)性能提高通过限制整个网络的节点对节点通信和广播通信，虚拟子网可以节约带宽，从而降低成本。
(3)网络安全性好虚拟子网创造虚拟边界，它只能通过路由器跨越，因此需要时，基于路由器的标准安全措施可用于限制对每个虚拟子网的访问。
3 VLAN的划分方式
3.1 基于端口划分的VLAN
        以网络设备的端口所属的具体VLAN的标准划分VLAN。例如，在一个8端口的网桥中，端口1、2、4、7属于VLAN1.而端口3、5、6、8属于VLAN2。则与这些端口相连的设备所及其收发的数据帧相应地也分属于VLAN1和VLAN2。这种划分方法的优点是定义VLAN成员非常简单，指定所有端口即可；而其缺点是不允许用户随便移动。如果属于某个VLAN的用户离开原来端口，到达一个新网络设备的某端口，那么网络管理者必须重新定义该VLAN。
3.2 基于MAC地址划分VLAN
        以计算机工作站网卡的MAC地址划分VLAN。这种划分方法的最大优点就是由于一个MAC地址唯一对应一块计算机网卡，因此当某个计算机工作站物理位置改变时，即从一台交换机转移到另一台交换机时，无需重新配置VLAN。
3.3 基于网络层协议类型划分VLAN
        如果网络支持多网络层协议，那么根据数据帧头中的网络层协议类型字段也可划分VLAN，这对网络管理者来说非常重要，同时这种方法无需附加帧标签识别VLAN，这样可减少网络通信量。
3.4 基于网络层子网地址划分VLAN 
        根据数据报文头中的网络层子网地址划分VLAN。虽然这种划分方法根据第3层信息即网络地址(如IP地址)，但与网络层的路由功能没有关系。它只是查看每个数据报文的网络层地址。并根据过滤数据库中事先定义好的信息决定其归属于哪个VLAN，然后再根据生成树算法进行桥交换，并不牵涉任何路由操作。这种方法的优点是，当某个计算机工作站物理位置改变时，即从一台交换机转移到其他交换机.无需重新配置VLAN。但其缺点是效率低，因为相对于第1、2层VLAN的实现技术，检查每一个数据报文的网络层地址是很费时间的。一般交换机芯片具有更大的灵活性，而且也易于通过路由器进行扩展；而其缺点是不适合LAN，效率低。
4 VLAN之间的通信
         使用路由器实现VLAN间通信时，路由器与交换机的连接方式有两种。第一种是通过路由器的不同物理接口与交换机上的每个VLAN分别连接；第二种是通过路由器的逻辑子接口与交换机的各个VLAN连接。专用VALN将端口分为混杂端口、隔离端口和群体端口3类，只有混杂端口能够与路由器或三层交换机连接。对应混杂端口的VLAN称为Pri-mary VLAN，它可以和映射到混杂端口的所有隔离VLAN(Isolated VLAN)的端口及群体VLAN(Community VLAN)的端口进行通信。Community VLAN的端口除可和PrimaryVLAN通信外，内部端口问也可相互通信。Isolated VLAN内的端口只能和Primary VLAN的端口通信，内部端口间是互相隔离的。以下给出不同VLAN之间相互通信的实现。
4.1 单臂路由器连接虚拟局域网
        在校园内部网络中划分VLAN，当VLAN之间有部分主机需要通信，但交换机不支持三层交换。这时可采用一台支持802.1Q的路由器实现VLAN的互通。只需在以太网端口上建立子接口，并分配IP地址作为该VLAN的网关，同时启动802.10协议即可。
        如图1所示，单臂路由器是指使用路由器的一个端口连接多个VLAN，实现方法是配置多个逻辑子接口。路由器与交换机之间通过外部线路连接，该外部线路只有一条。但在逻辑上是分开的，需要路由的数据包通过该线路到达路由器，经路由后再通过此线路返回交换机进行转发。因此。该拓扑方式称为单臂路由，即：包从某一个口进去，则就从该口出来。

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4.2 用三层交换机实现不同VLAN之间主机通信
        三层交换机，本质上就是带有路由功能的二层交换机。第3层交换机是将第2层交换机和第3层路由器两者的优势有机而智能化地结合，可在各个层次提供线速性能。这种集成化的结构还引进策略管理属性。在一台三层交换机内，分别设置交换机模块和路由器模块；而内置的路由模块与交换模块类似，也使用ASIC硬件处理路由。其具体配置如图2三层交换机实现VLAN间通信拓扑实例所示。

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SW3550具体配置如下：

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其他VLAN2，VLAN3的主机的网关分别指向10.10.1.1.10.10.2.1
5 结束语
        VLAN作为一种新型网络技术，能够为解决网络站点的灵活配置和网络安全性等问题提供良好手段。虽然VLAN技术目前还存在诸如技术标准的统一、VLAN管理的开销和VALN配置自动化等问题，然而随着技术的进步。这些问题将逐步得到解决，VLAN技术广泛应用于网络建设，从而为提高网络的工作效率发挥更大作用。随着校园网络的规模不断扩大和发展，也使得VLAN技术在校园网得更广泛应用。