程式扎記: [文章收集] 為什麼需要VLAN?

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2014年9月3日 星期三

[文章收集] 為什麼需要VLAN?

來源自 這裡 
什麼是 VLAN? 
VLANVirtual LAN),翻譯成中文是「虛擬區域網路」。LAN可以是由少數幾台家用計算機構成的網絡,也可以是數以百計的計算機構成的企業網絡。VLAN 所指的 LAN 特指使用路由器分割的網絡——也就是廣播領域。 在此讓我們先複習一下廣播領域的概念。廣播領域,指的是廣播封包(目標MAC地址全部為1,即16進制的FF:FF:FF:FF:FF:FF)所能傳遞到的範圍,亦即能夠直接通信的範圍。嚴格地說,並不僅僅是廣播封包,群播封包(Multicast )和目標不明的單播封包(Unknown Unicast)也能在同一個廣播領域中暢行無阻。 

本來,二層交換器只能構建單一的廣播領域,不過使用VLAN功能後,它能夠將網絡分割成多個廣播領域。 

未分割廣播領域時 
那麼,為什麼需要分割廣播領域呢?那是因為,如果僅有一個廣播領域,有可能會影響到網絡整體的傳輸性能。具體原因,請參看附圖加深理解。 
 

上圖中,是一個由5台二層交換器(交換器0~4)連接了大量客戶端構成的網絡。假設這時,PC6 需要與 PC0 通信。在基於乙太網路的通信中,必須在碼框中指定目標 MAC 地址才能正常通信,因此 PC6 必須先廣播「[ARP 請求(ARP Request)信息」,來嘗試獲取 PC0 的 MAC 地址。 

Switch4 收到廣播封包(ARP請求)後,會將它轉發給除接收端口外的其他所有端口,也就是 Flooding 了。接著,Switch3 收到廣播封包後也會 Flooding。Switch0、Switch1、Switch2 也還會 Flooding。最終 ARP 請求會被轉發到同一網絡中的所有客戶端上。 

請大家注意一下,這個 ARP 請求原本是為了獲得 PC0 的 MAC 地址而發出的。也就是說:只要 PC0 能收到就萬事大吉了。可是事實上,碼框卻傳遍整個網絡,導致所有的計算機都收到了它。如此一來,一方面廣播信息消耗了網絡整體的頻寬,另一方面,收到廣播信息的計算機還要消耗一部分CPU時間來對它進行處理。造成了網絡頻寬和CPU運算能力的大量無謂消耗。 

廣播信息是那麼經常發出的嗎? 
您也許會問:廣播信息真是那麼頻繁出現的嗎?答案是:是的!實際上廣播封包會非常頻繁地出現。利用 TCP/IP 協定通信時,除了前面出現的 ARP 外,還有可能需要發出 DHCP、RIP 等很多其他類型的廣播信息。 

ARP 廣播,是在需要與其他主機通信時發出的。當客戶端請求 DHCP 服務器分配 IP 地址時,就必須發出 DHCP 的廣播。而使用RIP作為路由協定時,每隔30秒路由器都會對鄰近的其他路由器廣播一次路由信息。RIP以外的其他路由協定使用群播傳輸路由信息,這也會被交換器轉發(Flooding)。除了 TCP/IP 以外,NetBEUI、IPX 和 Apple Talk 協定也經常需要用到廣播。 

總之,廣播就在我們身邊。下面是一些常見的廣播通信: 
* ARP 請求:建立IP地址和MAC地址的映射關係。
RIP一種路由協定。
* DHCP:用於自動設定 IP 地址的協定。
* NetBEUI:Windows 下使用的網絡協定。
* IPX:Novell Netware使用的網絡協定。
* Apple Talk:蘋果公司的Macintosh計算機使用的網絡協定。

如果整個網絡只有一個廣播領域,那麼一旦發出廣播信息,就會傳遍整個網絡,並且對網絡中的主機帶來額外的負擔。因此,在設計LAN時,需要注意如何才能有效地分割廣播領域。 

廣播領域的分割與VLAN的必要性 
分割廣播領域時,一般都必須使用到路由器。使用路由器後,可以利用路由器上的網絡介面(LAN Interface)為單位分割廣播領域。 

但是,通常情況下路由器上不會有太多的網絡介面,其數目多在1~4個左右。隨著寬頻連接的普及,便宜的寬頻路由器(或者叫IP分享器)變得較為常見,但是需要注意的是,它們上面雖然帶著多個(一般為4個左右)連接LAN一側的網絡介面,但那實際上是路由器內置的交換器,並不能分割廣播領域。 
 

況且使用路由器分割廣播領域的話,所能分割的個數完全取決於路由器的網絡介面個數,使得用戶無法自由地根據實際需要分割廣播領域。與路由器相比,二層交換器一般帶有多個網絡介面。因此如果能使用它分割廣播領域,那麼無疑運用上的靈活性會大大提高用於在二層交換器上分割廣播領域的技術,就是VLAN。通過利用VLAN,我們可以自由設計廣播領域的構成,提高網絡設計的自由度。 

Supplement: 
[CCNA教學-VLAN] 實現VLAN的機制

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