一、VLAN基礎知識
VLAN(Virtual Local Area Network)的中文名為"虛擬局域網(wǎng)",注意不是"VPN"(虛擬專用網(wǎng))。VLAN是一種將局域網(wǎng)設備從邏輯上劃分(注意,不是從物理上劃分)成一個個網(wǎng)段,從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術。這一新興技術主要應用于交換機和路由器中,但主流應用還是在交換機之中。但又不是所有交換機都具有此功能,只有VLAN協(xié)議的第三層以上交換機才具有此功能,這一點可以查看相應交換機的說明書即可得知。
IEEE于1999年頒布了用以標準化VLAN實現(xiàn)方案的802.1Q協(xié)議標準草案。VLAN技術的出現(xiàn),使得管理員根據(jù)實際應用需求,把同一物理局域網(wǎng)內(nèi)的不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域,每一個VLAN都包含一組有著相同需求的計算機工作站,與物理上形成的LAN有著相同的屬性。由于它是從邏輯上劃分,而不是從物理上劃分,所以同一個VLAN內(nèi)的各個工作站沒有限制在同一個物理范圍中,即這些工作站可以在不同物理LAN網(wǎng)段。由VLAN的特點可知,一個VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會轉(zhuǎn)發(fā)到其他VLAN中,從而有助于控制流量、減少設備投資、簡化網(wǎng)絡管理、提高網(wǎng)絡的安全性。
交換技術的發(fā)展,也加快了新的交換技術(VLAN)的應用速度。通過將企業(yè)網(wǎng)絡劃分為虛擬網(wǎng)絡VLAN網(wǎng)段,可以強化網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡安全,控制不必要的數(shù)據(jù)廣播。
在共享網(wǎng)絡中,一個物理的網(wǎng)段就是一個廣播域。而在交換網(wǎng)絡中,廣播域可以是有一組任意選定的第二層網(wǎng)絡地址(MAC地址)組成的虛擬網(wǎng)段。這樣,網(wǎng)絡中工作組的劃分可以突破共享網(wǎng)絡中的地理位置限制,而完全根據(jù)管理功能來劃分。這種基于工作流的分組模式,大大提高了網(wǎng)絡規(guī)劃和重組的管理功能
在同一個VLAN中的工作站,不論它們實際與哪個交換機連接,它們之間的通訊就好象在獨立的交換機上一樣。同一個VLAN中的廣播只有VLAN中的成員才能聽到,而不會傳輸?shù)狡渌?VLAN中去,這樣可以很好的控制不必要的廣播風暴的產(chǎn)生。同時,若沒有路由的話,不同VLAN之間不能相互通訊,這樣增加了企業(yè)網(wǎng)絡中不同部門之間的安全性。
網(wǎng)絡管理員可以通過配置VLAN之間的路由來全面管理企業(yè)內(nèi)部不同管理單元之間的信息互訪。交換機是根據(jù)用戶工作站的MAC地址來劃分VLAN的。所以,用戶可以自由的在企業(yè)網(wǎng)絡中移動辦公,不論他在何處接入交換網(wǎng)絡,他都可以與VLAN內(nèi)其他用戶自如通訊。
VLAN網(wǎng)絡可以是有混合的網(wǎng)絡類型設備組成,比如:10M以太網(wǎng)、100M以太網(wǎng)、令牌網(wǎng)、FDDI、CDDI等等,可以是工作站、服務器、集線器、網(wǎng)絡上行主干等等。
VLAN除了能將網(wǎng)絡劃分為多個廣播域,從而有效地控制廣播風暴的發(fā)生,以及使網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構變得非常靈活的優(yōu)點外,還可以用于控制網(wǎng)絡中不同部門、不同站點之間的互相訪問。?
VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議,它在以太網(wǎng)幀的基礎上增加了VLAN頭,用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組,限制不同工作組間的用戶互訪,每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播范圍,并能夠形成虛擬工作組,動態(tài)管理網(wǎng)絡。
二、VLAN的劃分方法
VLAN在交換機上的實現(xiàn)方法,可以大致劃分為六類:
1. 基于端口劃分的VLAN
這是最常應用的一種VLAN劃分方法,應用也最為廣泛、最有效,目前絕大多數(shù)VLAN協(xié)議的交換機都提供這種VLAN配置方法。這種劃分VLAN的方法是根據(jù)以太網(wǎng)交換機的交換端口來劃分的,它是將VLAN交換機上的物理端口和VLAN交換機內(nèi)部的PVC(永久虛電路)端口分成若干個組,每個組構成一個虛擬網(wǎng),相當于一個獨立的VLAN交換機。
對于不同部門需要互訪時,可通過路由器轉(zhuǎn)發(fā),并配合基于MAC地址的端口過濾。對某站點的訪問路徑上最靠近該站點的交換機、路由交換機或路由器的相應端口上,設定可通過的MAC地址集。這樣就可以防止非法入侵者從內(nèi)部盜用IP地址從其他可接入點入侵的可能。
從這種劃分方法本身我們可以看出,這種劃分的方法的優(yōu)點是定義VLAN成員時非常簡單,只要將所有的端口都定義為相應的VLAN組即可。適合于任何大小的網(wǎng)絡。它的缺點是如果某用戶離開了原來的端口,到了一個新的交換機的某個端口,必須重新定義。
2. 基于MAC地址劃分VLAN
這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個主機的MAC地址來劃分,即對每個MAC地址的主機都配置他屬于哪個組,它實現(xiàn)的機制就是每一塊網(wǎng)卡都對應唯一的 MAC地址,VLAN交換機跟蹤屬于VLAN MAC的地址。這種方式的VLAN允許網(wǎng)絡用戶從一個物理位置移動到另一個物理位置時,自動保留其所屬VLAN的成員身份。
由這種劃分的機制可以看出,這種VLAN的劃分方法的最大優(yōu)點就是當用戶物理位置移動時,即從一個交換機換到其他的交換機時,VLAN不用重新配置,因為它是基于用戶,而不是基于交換機的端口。這種方法的缺點是初始化時,所有的用戶都必須進行配置,如果有幾百個甚至上千個用戶的話,配置是非常累的,所以這種劃分方法通常適用于小型局域網(wǎng)。而且這種劃分的方法也導致了交換機執(zhí)行效率的降低,因為在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員,保存了許多用戶的MAC地址,查詢起來相當不容易。另外,對于使用筆記本電腦的用戶來說,他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換,這樣VLAN就必須經(jīng)常配置。
3. 基于網(wǎng)絡層協(xié)議劃分VLAN
VLAN按網(wǎng)絡層協(xié)議來劃分,可分為IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN網(wǎng)絡。這種按網(wǎng)絡層協(xié)議來組成的 VLAN,可使廣播域跨越多個VLAN交換機。這對于希望針對具體應用和服務來組織用戶的網(wǎng)絡管理員來說是非常具有吸引力的。而且,用戶可以在網(wǎng)絡內(nèi)部自由移動,但其VLAN成員身份仍然保留不變。
這種方法的優(yōu)點是用戶的物理位置改變了,不需要重新配置所屬的VLAN,而且可以根據(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN,這對網(wǎng)絡管理者來說很重要,還有,這種方法不需要附加的幀標簽來識別VLAN,這樣可以減少網(wǎng)絡的通信量。這種方法的缺點是效率低,因為檢查每一個數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡層地址是需要消耗處理時間的(相對于前面兩種方法),一般的交換機芯片都可以自動檢查網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)禎頭,但要讓芯片能檢查IP幀頭,需要更高的技術,同時也更費時。當然,這與各個廠商的實現(xiàn)方法有關。
4. 根據(jù)IP組播劃分VLAN
IP 組播實際上也是一種VLAN的定義,即認為一個IP組播組就是一個VLAN。這種劃分的方法將VLAN擴大到了廣域網(wǎng),因此這種方法具有更大的靈活性,而且也很容易通過路由器進行擴展,主要適合于不在同一地理范圍的局域網(wǎng)用戶組成一個VLAN,不適合局域網(wǎng),主要是效率不高。
5. 按策略劃分VLAN
基于策略組成的VLAN能實現(xiàn)多種分配方法,包括VLAN交換機端口、MAC地址、IP地址、網(wǎng)絡層協(xié)議等。網(wǎng)絡管理人員可根據(jù)自己的管理模式和本單位的需求來決定選擇哪種類型的VLAN 。
6. 按用戶定義、非用戶授權劃分VLAN
基于用戶定義、非用戶授權來劃分VLAN,是指為了適應特別的VLAN網(wǎng)絡,根據(jù)具體的網(wǎng)絡用戶的特別要求來定義和設計VLAN,而且可以讓非VLAN群體用戶訪問VLAN,但是需要提供用戶密碼,在得到VLAN管理的認證后才可以加入一個VLAN。
三、VLAN的優(yōu)越性
任何新技術要得到廣泛支持和應用,肯定存在一些關鍵優(yōu)勢,VLAN技術也一樣,它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
1. 增加了網(wǎng)絡連接的靈活性
借助VLAN技術,能將不同地點、不同網(wǎng)絡、不同用戶組合在一起,形成一個虛擬的網(wǎng)絡環(huán)境,就像使用本地LAN一樣方便、靈活、有效。VLAN可以降低移動或變更工作站地理位置的管理費用,特別是一些業(yè)務情況有經(jīng)常性變動的公司使用了VLAN后,這部分管理費用大大降低。
2. 控制網(wǎng)絡上的廣播
VLAN可以提供建立防火墻的機制,防止交換網(wǎng)絡的過量廣播。使用VLAN,可以將某個交換端口或用戶賦于某一個特定的VLAN組,該VLAN組可以在一個交換網(wǎng)中或跨接多個交換機, 在一個VLAN中的廣播不會送到VLAN之外。同樣,相鄰的端口不會收到其他VLAN產(chǎn)生的廣播。這樣可以減少廣播流量,釋放帶寬給用戶應用,減少廣播的產(chǎn)生。
3. 增加網(wǎng)絡的安全性
因為一個VLAN就是一個單獨的廣播域,VLAN之間相互隔離,這大大提高了網(wǎng)絡的利用率,確保了網(wǎng)絡的安全保密性。人們在LAN上經(jīng)常傳送一些保密的、關鍵性的數(shù)據(jù)。保密的數(shù)據(jù)應 提供訪問控制等安全手段。一個有效和容易實現(xiàn)的方法是將網(wǎng)絡分段成幾個不同的廣播組,網(wǎng)絡管理員限制了VLAN中用戶的數(shù)量,禁止未經(jīng)允許而訪問VLAN中的應用。交換端口可以基于應用類型和訪問特權來進行分組,被限制的應用程序和資源一般置于安全性VLAN中。
四、VLAN的配置案例分析
某公司有100臺計算機左右,主要使用網(wǎng)絡的部門有:生產(chǎn)部(20)、財務部(15)、人事部(8)和信息中心(12)四大部分。
網(wǎng)絡基本結(jié)構為:
整個網(wǎng)絡中干部分采用3臺Catalyst 1900網(wǎng)管型交換機(分別命名為:Switch1、Switch2和Switch3,各交換機根據(jù)需要下接若干個集線器,主要用于非VLAN用戶,如行政文書、臨時用戶等)、一臺Cisco 2514路由器,整個網(wǎng)絡都通過路由器Cisco 2514與外部互聯(lián)網(wǎng)進行連接。
所連的用戶主要分布于四個部分,即:生產(chǎn)部、財務部、信息中心和人事部。主要對這四個部分用戶單獨劃分VLAN,以確保相應部門網(wǎng)絡資源不被盜用或破壞。
現(xiàn)為了公司相應部分網(wǎng)絡資源的安全性需要,特別是對于像財務部、人事部這樣的敏感部門,其網(wǎng)絡上的信息不想讓太多人可以隨便進出,于是公司采用了VLAN的方法來解決以上問題。
通過VLAN的劃分,可以把公司主要網(wǎng)絡劃分為:生產(chǎn)部、財務部、人事部和信息中心四個主要部分,對應的VLAN組為為:Prod、Fina、Huma、Info,各VLAN組所對應的網(wǎng)段如下表1所示。
?
VLAN號 | VLAN名 | 端口號 |
2 | Prod | Switch1 2-21 |
3 | Fina | Switch22-16 |
4 | Huma | Switch32-9 |
5 | Info | ? Switch310-21 |
?
【注】之所以把交換機的VLAN號從"2"號開始,那是因為交換機有一個默認的VLAN,那就是"1"號VLAN,它包括所有連在該交換機上的用戶。
五、VLAN的配置過程
VLAN的配置過程其實非常簡單,只需兩步:
(1)為各VLAN組命名;
(2)把相應的VLAN對應到相應的交換機端口。
下面是具體的配置過程:
第1步:
設置好超級終端,連接上1900交換機,通過超級終端配置交換機的VLAN,連接成功后出現(xiàn)如下所示的主配置界面(交換機在此之前已完成了基本信息的配置):
1 user(s) now active on Management Console.
User Interface Menu
[M] Menus
[K] Command Line
[I] IP Configuration
Enter Selection:
【注】超級終端是利用Windows系統(tǒng)自帶的"超級終端"(Hypertrm)程序進行的,具體參見有關資料。
第2步:
單擊"K"按鍵,選擇主界面菜單中"[K] Command Line"選項,進入如下命令行配置界面:
CLI session with the switch is open.
To end the CLI session,enter [Exit ].
>
此時我們進入了交換機的普通用戶模式,就象路由器一樣,這種模式只能查看現(xiàn)在的配置,不能更改配置,并且能夠使用的命令很有限。所以我們必須進入"特權模式"。
第3步:
在上一步">"提示符下輸入進入特權模式命令"enable",進入特權模式,命令格式為">enable",此時就進入了交換機配置的特權模式提示符:
#config t
Enter configuration commands,one perline.End with CNTL/Z
(config)#
第4步:
為了安全和方便起見,我們分別給這3個Catalyst 1900交換機起個名字,并且設置特權模式的登陸密碼。下面僅以Switch1為例進行介紹。配置代碼如下:
(config)#hostname Switch1
Switch1(config)# enable password level 15XXXXXX
Switch1(config)#
【注】特權模式密碼必須是4~8位字符這,要注意,這里所輸入的密碼是以明文形式直接顯示的,要注意保密。交換機用 level 級別的大小來決定密碼的權限。Level 1 是進入命令行界面的密碼,也就是說,設置了 level 1 的密碼后,你下次連上交換機,并輸入 K 后,就會讓你輸入密碼,這個密碼就是 level 1 設置的密碼。而 level 15 是你輸入了"enable"命令后讓你輸入的特權模式密碼。
第5步:
設置VLAN名稱。因四個VLAN分屬于不同的交換機,VLAN命名的命令為"vlanvlan號 name vlan名稱,在Switch1、Switch2、Switch3、交換機上配置2、3、4、5號VLAN的代碼為:
Switch1 (config)#vlan 2 name Prod
Switch2 (config)#vlan 3 name Fina
Switch3 (config)#vlan 4 name Huma
Switch3 (config)#vlan 5 name Info
【注】以上配置是按表1規(guī)則進行的。
第6步:
上一步我們對各交換機配置了VLAN組,現(xiàn)在要把這些VLAN對應于表1所規(guī)定的交換機端口號。對應端口號的命令是"vlan-membership static/ dynamic VLAN號 "。在這個命令中"static"(靜態(tài))和"dynamic"(動態(tài))分配方式兩者必須選擇一個,不過通常都是選擇"static"(靜態(tài))方式。
? ? ? ?
?VLAN端口號應用配置如下:
(1). 名為"Switch1"的交換機的VLAN端口號配置如下:
Switch1(config)#int e0/2
Switch1(config-if)#vlan-membership static 2
Switch1(config-if)#int e0/3
Switch1(config-if)#vlan-membership static 2
Switch1(config-if)#int e0/4
Switch1(config-if)#vlan-membership static 2
……
Switch1(config-if)#int e0/20
Switch(config-if)#vlan-membership static 2
Switch1(config-if)#int e0/21
Switch1(config-if)#vlan-membership static 2
Switch1(config-if)#
【注】"int"是"nterface"命令縮寫,是接口的意思。"e0/3"是"ethernet 0/2"的縮寫,代表交換機的0號模塊2號端口。
(2). 名為"Switch2"的交換機的VLAN端口號配置如下:
Switch2(config)#int e0/2
Switch2(config-if)#vlan-membership static 3
Switch2(config-if)#int e0/3
Switch2(config-if)#vlan-membership static 3
Switch2(config-if)#int e0/4
Switch2(config-if)#vlan-membership static 3
……
Switch2(config-if)#int e0/15
Switch2(config-if)#vlan-membership static 3
Switch2(config-if)#int e0/16
Switch2(config-if)#vlan-membership static 3
Switch2(config-if)#
(3). 名為"Switch3"的交換機的VLAN端口號配置如下(它包括兩個VLAN組的配置),先看VLAN 4(Huma)的配置代碼:
Switch3(config)#int e0/2
Switch3(config-if)#vlan-membership static 4
Switch3(config-if)#int e0/3
Switch3(config-if)#vlan-membership static 4
Switch3(config-if)#int e0/4
Switch3(config-if)#vlan-membership static 4
……
Switch3(config-if)#int e0/8
Switch3(config-if)#vlan-membership static 4
Switch3(config-if)#int e0/9
Switch3(config-if)#vlan-membership static 4
Switch3(config-if)#
下面是VLAN5(Info)的配置代碼:
Switch3(config)#int e0/10
Switch3(config-if)#vlan-membership static 5
Switch3(config-if)#int e0/11
Switch3(config-if)#vlan-membership static 5
Switch3(config-if)#int e0/12
Switch3(config-if)#vlan-membership static 5
……
Switch3(config-if)#int e0/20
Switch3(config-if)#vlan-membership static 5
Switch3(config-if)#int e0/21
Switch3(config-if)#vlan-membership static 5
Switch3(config-if)#
好了,我們已經(jīng)按表1要求把VLAN都定義到了相應交換機的端口上了。為了驗證我們的配置,可以在特權模式使用"show vlan"命令顯示出剛才所做的配置,檢查一下是否正確。
以上是就Cisco Catalyst 1900交換機的VLAN配置進行介紹了,其它交換機的VLAN配置方法基本類似,參照有關交換機說明書即可。
編輯:黃飛
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