[文章收集] 為什麼需要VLAN?

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什麼是 VLAN? 
VLAN（Virtual 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