VLAN系列一: 为什么需要VLAN

什么是 VLAN ？

VLAN （ Virtual LAN ），翻译成中文是“虚拟局域网”。 LAN 可以是由少数几台家用计算机构成的网络，也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。 VLAN 所指的 LAN 特指使用路由器分割的网络――也就是广播域 。

在此让 我们先复习一下广播域的概念。广播域，指的是广播帧（目标 MAC 地址全部为 1 ）所能传递到的范围，亦即能够直接通信的范围 。严格地说，并不仅仅是广播帧，多播帧（ Multicast Frame ）和目标不明的单播帧（ Unknown Unicast Frame ）也能在同一个广播域中畅行无阻。

本来，二层交换机只能构建单一的广播域，不过使用 VLAN 功能后，它能够将网络分割成多个广播域。

 

未分割广播域时……

那么，为什么需要分割广播域呢？那是因为，如果仅有一个广播域，有可能会影响到网络整体的传输性能。具体原因，请参看附图加深理解。

图中，是一个由 5 台二层交换机（交换机 1 ～ 5 ）连接了大量客户机构成的网络。假设这时，计算机 A 需要与计算机 B 通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中指定目标 MAC 地址才能正常通信，因此计算机 A 必须先广播“ ARP 请求（ ARP Request ）信息”，来尝试获取计算机 B 的 MAC 地址 。

交换机 1 收到广播帧（ ARP 请求）后，会将它转发给除接收端口外的其他所有端口，也就是 Flooding 了。接着，交换机 2 收到广播帧后也会 Flooding 。交换机 3 、 4 、 5 也还会 Flooding 。最终 ARP 请求会被转发到同一网络中的所有客户机上 。

请大家注意一下，这个 ARP 请求原本是为了获得计算机 B 的 MAC 地址而发出的。也就是说：只要计算机 B 能收到就万事大吉了 。可是事实上，数据帧却传遍整个网络，导致所有的计算机都收到了它。如此一来，一方面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 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 。

广播信息是那么经常发出的吗？

读到这里，您也许会问：广播信息真是那么频繁出现的吗？

答案是：是的！实际上广播帧会非常频繁地出现。利用 TCP/IP 协议栈通信时，除了前面出现的 ARP 外，还有可能需要发出 DHCP 、 RIP 等很多其他类型的广播信息。

ARP 广播，是在需要与其他主机通信时发出的。当客户机请求 DHCP 服务器分配 IP 地址时

，就必须发出 DHCP 的广播。而使用 RIP 作为路由协议时，每隔 30 秒路由器都会对邻近的其他路由器广播一次路由信息。 RIP 以外的其他路由协议使用多播传输路由信息，这也会被交换机转发（ Flooding ）。除了 TCP/IP 以外， NetBEUI 、 IPX 和 Apple Talk 等协议也经常需要用到广播。例如在 Windows 下双击打开“网络计算机”时就会发出广播（多播）信息。（ Windows XP 除外……）

总之，广播就在我们身边。下面是一些常见的广播通信：

 

l         ARP 请求：建立 IP 地址和 MAC 地址的映射关系。

l         RIP ：一种路由协议。

l         DHCP ：用于自动设定 IP 地址的协议。

l         NetBEUI ： Windows 下使用的网络协议。

l         IPX ： Novell Netware 使用的网络协议。

l         Apple Talk ：苹果公司的 Macintosh 计算机使用的网络协议。

 

如果整个网络只有一个广播域，那么一旦发出广播信息，就会传遍整个网络，并且对网络中的主机带来额外的负担。因此，在设计 LAN 时，需要注意如何才能有效地分割广播域 。

 

广播域的分割与 VLAN 的必要性

分割广播域时，一般都必须使用到路由器 。使用路由器后，可以以路由器上的网络接口（ LAN Interface ）为单位分割广播域。

但是，通常情况下路由器上不会有太多的网络接口，其数目多在 1 ～ 4 个左右。随着宽带连接的普及，宽带路由器（或者叫 IP 共享器）变得较为常见，但是需要注意的是，它们上面虽然带着多个（一般为 4 个左右）连接 LAN 一侧的网络接口，但那实际上是路由器内置的交换机，并不能分割广播域。

况且使用路由器分割广播域的话，所能分割的个数完全取决于路由器的网络接口个数，使得用户无法自由地根据实际需要分割广播域。

与路由器相比，二层交换机一般带有多个网络接口。因此如果能使用它分割广播域，那么无疑运用上的灵活性会大大提高。

用于在二层交换机上分割广播域的技术，就是 VLAN 。通过利用 VLAN ，我们可以自由设计广播域的构成，提高网络设计的自由度 。

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