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1、VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 1 of 19VLAN 技术白皮书VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 2 of 19摘要本文详细介绍了当前以太网平台上的主流的几种 VLAN 技术， 以及博达数据通信有限公司的系列以太网交换产品对主流 VLAN 技术的支持和扩展情况， 其中包括基于端口的VLAN 划分、 PVLAN，动态 VLAN 注册协议等等。本文全面地总结了当前的 VLAN 技术发展，并详细介绍了博达数据通信有限公司系列以太网交换产品在 VLAN 技术方面的通用特性和部分独有特性，并结合每个主

2、题，简要的介绍了系列 VLAN 技术在实际的网络组建中的各种应用方式。关键词VLAN， GVRP，PrivateVLAN，SuperVLANVLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 3 of 191. VLAN 概述VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，传统的局域网是根据物理网络的拓扑结构来划分的，而虚拟局域网技术是使用逻辑的方式根据不同功能需求、不同项目组或不同的应用将物理网络划分为不同的广播域，IEEE 于 1999 年颁布了 802.1Q 协议标准草案来规范标准化的 VLAN 实现。VLAN 技术允许将一个

3、物理的 LAN 逻辑地划分成各个不同的逻辑网段，每一个逻辑网段形成一个单独的广播域（或称虚拟 LAN，即 VLAN） ，与物理上形成的 LAN 有着相同的属性。但由于它是逻辑地而不是物理地划分，所以同一个 VLAN 内的各个工作站不一定属于同一个物理 LAN 网段。一个 VLAN 内部的广播和单播流量都不会转发到其他 VLAN 中，从而有助于控制网络的流量、简化网络管理、提高网络的安全性。1.1 VLAN 的分类依 据 VLAN 在 交 换 机 上 的 不 同 的 实 现 方 法 ， VLAN 可 以 大 致 划 分 为 4 类 。1.1.1 基于端口划分 VLAN这是目前最常见的划分 VLA

4、N 的方法，这种划分 VLAN 的方法是根据以太网交换机的端口来划分，一台交换机的一个端口可以属于不同的 VLAN，而不同端口可以属于相同的VLAN，比如可以划分 BDCOM S2224 的端口 1 属于为 VLAN 1 和 VLAN 2，端口 210为 VLAN1，端口 1124 属于 VLAN 2，具体如何配置，由用户根据实际需要自己来决定，如果有多个交换机，例如，可以指定交换机 1 的 16 端口和交换机 2 的 14 端口为同一 VLAN，即同一 VLAN 可以跨越多个支持 VLAN 的以太网交换机，这就是 VLAN 的透传特性。IEEE 802.1Q 规范了基于端口划分 VLAN 的

5、国际标准。基于端口划分 VLAN 的方法的优点是配置简单，只要将所有的端口的 VLAN 属性一次性定义一下就可以了。缺点是灵活性不足，比如，用户 A 连接在交换机上属于 VLAN 1 的端口 1 上，当用户 A 由于某种原因离开了端口 1，连接到网络中另一台交换机的端口 2，如果此端口 2 不属于 VLAN 1 的话，那么就需要重新定义该端口的 VLAN 属性。1.1.2 基于 MAC 地址划分 VLAN这 种 划 分 VLAN 的 方 法 是 根 据 每 个 主 机 的 MAC 地 址 来 划 分 ， 即 对 每 个 MAC 地 址VLAN 技术白皮书Baud communication C

6、o.,LTD Page 4 of 19可 以 配 置 属 于 哪 些 VLAN。 这 种 划 分 VLAN 的 方 法 的 优 点 是 比 较 灵 活 ， 就 是 当 用 户 物 理位 置 移 动 时 ， 即 从 一 个 交 换 机 换 到 其 他 的 交 换 机 时 ， VLAN 不 用 重 新 配 置 ， 从 某 种 意 义上 可 以 认 为 这 种 根 据 MAC 地 址 的 划 分 方 法 是 一 种 基 于 用 户 的 VLAN， 这 种 方 法 的 缺 点是 初 始 化 时 ， 所 有 的 用 户 都 必 须 进 行 配 置 ， 如 果 有 几 百 个 甚 至 上 千 个 用 户

7、的 话 ， 配 置 是非 常 累 的 。 基 于 MAC 地 址 划 分 VLAN 所 付 出 的 管 理 成 本 比 较 高 。1.1.3 基于协议划分 VLAN这 种 划 分 VLAN 的 方 法 是 根 据 以 太 网 帧 中 的 协 议 类 型 域 定 义 的 协 议 的 不 同 来 划 分VLAN。 如 ： 使 用 IP 和 IPX 的 用 户 ， 分 别 属 于 不 同 的 VLAN， 而 使 用 SNAP 的 用 户 则 属于 另 外 的 VLAN。这 种 方 法 的 优 点 是 用 户 的 物 理 位 置 改 变 了 ， 不 需 要 重 新 配 置 所 属 的 VLAN， 而

8、且可 以 根 据 协 议 类 型 来 划 分 VLAN， 这 对 网 络 管 理 者 来 说 很 重 要 ， 还 有 ， 这 种 方 法 不 需 要附 加 的 帧 标 签 来 识 别 VLAN， 这 样 可 以 减 少 网 络 的 通 信 量 。这 种 方 法 的 缺 点 是 效 率 低 ， 因 为 检 查 每 一 个 数 据 包 的 网 络 层 地 址 是 需 要 消 耗 处 理 时间 的 (相 对 于 前 面 两 种 方 法 )， 一 般 的 交 换 机 芯 片 都 可 以 自 动 检 查 网 络 上 数 据 包 的 以 太 网祯 头 ， 但 要 让 芯 片 能 检 查 IP 帧 头 ，

9、需 要 更 高 的 技 术 ， 同 时 也 更 费 时 。 当 然 ， 这 与 各 个厂 商 的 实 现 方 法 有 关 。1.1.4 根据 IP 地址划分 VLAN这 种 划 分 VLAN 的 方 法 是 根 据 每 个 主 机 的 IP 地 址 进 行 划 分 的 ， 例 如 将 不 同 的 子 网地 址 划 分 成 不 同 的 VLAN。鉴 于 当 前 业 界 VLAN 发 展 的 趋 势 ， 考 虑 到 各 种 VLAN 划 分 方 式 的 优 缺 点 ， 为 了 最大 程 度 上 地 满 足 用 户 在 具 体 使 用 过 程 中 需 求 ， 减 轻 用 户 在 VLAN 的 具 体

10、 使 用 和 维 护 中的 工 作 量 ， BDCOM S 系 列 交 换 机 采 用 根 据 端 口 来 划 分 VLAN 的 方 法 。VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 5 of 191.2 IEEE 802.1QIEEE 802 工 作 组 于 1999 年 正 式 签 发 了 802.1Q 标 准 ， 即 Virtual Bridged Local Area Networks 协 议 ， 规 范 了 VLAN 的 国 际 标 准 实 现 ， 从 而 使 得 不 同 厂 商 之 间 的 VLAN互 通 成 为 可 能 。 802.1Q 协

11、 议 规 定 了 一 段 新 的 以 太 网 帧 字 段 ， 如 图 1 所 示 。 与 标 准 的以 太 网 帧 头 相 比 ， 就 是 在 标 准 帧 格 式 的 源 MAC 地 址 后 插 入 四 字 节 的 802.1Q 标 签 ，所 以 被 称 为 tagged-frame， 而 相 应 的 标 准 格 式 帧 则 被 称 为 untagged-frame。 在 四个 字 节 的 802.1Q 标 签 中 ， 包 含 了 两 个 字 节 的 标 签 协 议 标 识 （ TPID-Tag Protocol Identifier， 它 的 值 是 8100） ， 和 两 个 字 节 的

12、标 签 控 制 信 息 （ TCI-Tag Control Information） ， 见 图 2， TPID 是 IEEE 定 义 的 新 的 类 型 ， 表 明 这 是 一 个 加 了 802.1Q 标签 的 报 文 。图 1 带 有 802.1Q 标 签 的 以 太 网 祯图 2 TCI 格 式 VLAN Identified( VID ): 这 是 一 个 12 位 的 域 ， 指 明 VLAN 的 ID， 一 共 4096 个 ，每 个 支 持 802.1Q 协 议 的 主 机 发 送 出 来 的 数 据 包 都 会 包 含 这 个 域 ， 以 指 明 自 己 所 属VLAN 技术

13、白皮书Baud communication Co.,LTD Page 6 of 19的 VLAN。 Canonical Format Indicator( CFI )： 这 一 位 主 要 用 于 总 线 型 的 以 太 网 与 FDDI、 令 牌 环 网 交 换 数 据 时 的 帧 格 式 。 Priority： 这 3 位 指 明 帧 的 优 先 级 。 一 共 有 8 种 优 先 级 ， 主 要 应 用 于 QoS 中 。目 前 使 用 的 大 多 数 计 算 机 并 不 支 持 802.1Q， 即 计 算 机 发 送 出 去 的 数 据 包 的 以 太 网帧 头 还 不 包 含 这 4

14、 个 字 节 ， 同 时 也 无 法 识 别 这 4 个 字 节 ， 将 来 会 有 软 件 和 硬 件 支 持802.1Q 协 议 的 。 在 博 达 系 列 交 换 机 中 ， 端 口 一 般 分 为 两 种 ， 直 接 连 接 主 机 的 端 口(access)和 连 接 其 它 交 换 机 的 端 口 (trunk)， access 端 口 是 无 法 识 别 和 发 送 802.1Q 报文 的 ， trunk 端 口 可 以 识 别 和 发 送 802.1Q 报 文 。 用 户 可 以 根 据 实 际 情 况 自 行 配 置 端 口的 类 型 。在 交 换 机 中 的 报 文 转 发

15、 过 程 中 ， 802.1Q 报 文 标 识 了 报 文 所 属 的 VLAN， 在 跨 越 交换 机 的 报 文 中 ， 带 有 VLAN 标 签 信 息 的 报 文 尤 其 显 得 重 要 。 例 如 ， 定 义 交 换 机 中 的 1端 口 属 于 VLAN 2， 且 该 端 口 类 型 为 Acess， 当 1 端 口 接 收 到 一 个 数 据 报 文 后 ， 交 换 机会 查 看 该 报 文 中 有 没 有 802.1Q 标 签 ， 如 果 有 标 签 ， 端 口 将 该 报 文 丢 弃 （ 因 为 端 口 是Access 端 口 ， 不 允 许 端 口 接 收 有 标 签 的

16、报 文 ） ， 如 果 没 有 802.1Q 标 签 ， 那 么 ， 交 换 机根 据 1 端 口 所 属 的 VLAN 2， 自 动 给 该 数 据 包 添 加 一 个 VLAN 2 的 标 签 头 ， 然 后 再 将 数据 包 交 给 数 据 库 查 询 模 块 ， 数 据 库 查 询 模 块 会 根 据 数 据 包 的 目 的 地 址 和 所 属 的 VLAN进 行 查 找 ， 之 后 交 给 转 发 模 块 ， 转 发 模 块 看 到 这 是 一 个 包 含 标 签 头 的 数 据 包 ， 根 据 报 文的 出 端 口 的 性 质 来 决 定 是 否 保 留 还 是 去 掉 标 签 头

17、 。 如 果 要 发 送 的 报 文 所 属 于 的 VLAN是 不 需 要 带 标 签 （ 即 属 于 VLAN-Utagged 范 围 ） ， 则 删 除 标 签 头 ， 否 则 保 留 标 签 。 一 般情 况 下 ， 两 个 交 换 机 互 连 的 端 口 除 了 PVID 的 VLAN 报 文 ， 其 它 VLAN 的 报 文 的 标 签 是没 有 必 要 去 掉 的 。VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 7 of 191.3 VLAN 的优势使 用 VLAN 与 传 统 的 LAN 相 比 ， 具 有 以 下 优 势 ：1.3.1 减

18、少移动和改变的代价即 所 说 的 动 态 管 理 网 络 ， 也 就 是 当 一 个 用 户 从 一 个 位 置 移 动 到 另 一 个 位 置 是 ， 他的 网 络 属 性 不 需 要 重 新 配 置 ， 而 是 动 态 的 完 成 ， 这 种 动 态 管 理 网 络 给 网 络 管 理 者 和 使 用者 都 带 来 了 极 大 的 好 处 ， 一 个 用 户 ， 无 论 他 到 哪 里 ， 他 都 能 不 做 任 何 修 改 地 接 入 网 络 ，这 种 前 景 是 非 常 美 好 的 。 当 然 ， 并 不 是 所 有 的 VLAN 定 义 方 法 都 能 做 到 这 一 点 。1.3.

19、2 虚拟工作组使 用 VLAN 的 最 终 目 标 就 是 建 立 虚 拟 工 作 组 模 型 ， 例 如 ， 在 企 业 网 中 ， 同 一 个 部 门的 就 好 象 在 同 一 个 LAN 上 一 样 ， 很 容 易 的 互 相 访 问 ， 交 流 信 息 ， 同 时 ， 所 有 的 广 播 包也 都 限 制 在 该 虚 拟 LAN 上 ， 而 不 影 响 其 他 VLAN 的 人 。 一 个 人 如 果 从 一 个 办 公 地 点 换到 另 外 一 个 地 点 ， 而 他 仍 然 在 该 部 门 ， 那 么 ， 该 用 户 的 配 置 无 须 改 变 ； 同 时 ， 如 果 一 个人 虽

20、 然 办 公 地 点 没 有 变 ， 但 他 更 换 了 部 门 ， 那 么 ， 只 需 网 络 管 理 员 更 改 一 下 该 用 户 的 配置 即 可 。 这 个 功 能 的 目 标 就 是 建 立 一 个 动 态 的 组 织 环 境 ， 当 然 ， 这 只 是 一 个 理 想 的 目 标 ，要 实 现 它 ， 还 需 要 一 些 其 他 方 面 的 支 持 。1.3.3 限制广播包按 照 802.1D 透 明 网 桥 的 算 法 ， 如 果 一 个 数 据 包 找 不 到 路 由 ， 那 么 交 换 机 就 会 将 该数 据 包 向 除 接 收 端 口 以 外 的 其 他 所 有 端 口

21、 发 送 ， 这 就 是 桥 的 广 播 方 式 的 转 发 ， 这 样 的 结果 ， 毫 无 疑 问 极 大 的 浪 费 了 带 宽 ， 如 果 配 置 了 VLAN， 那 么 ， 当 一 个 数 据 包 没 有 路 由 时 ，交 换 机 只 会 将 此 数 据 包 发 送 到 所 有 属 于 该 VLAN 的 其 他 端 口 ， 而 不 是 所 有 的 交 换 机 的 端口 ， 这 样 ， 就 将 数 据 包 限 制 到 了 一 个 VLAN 内 。 在 一 定 程 度 上 可 以 节 省 带 宽 。VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 8 o

22、f 191.3.4 安全性由 于 配 置 了 VLAN 后 ， 一 个 VLAN 的 数 据 包 不 会 发 送 到 另 一 个 VLAN， 这 样 ， 其 他VLAN 的 用 户 的 网 络 上 是 收 不 到 任 何 该 VLAN 的 数 据 包 ， 这 样 就 确 保 了 该 VLAN 的 信 息不 会 被 其 他 VLAN 的 人 窃 听 ， 从 而 实 现 了 信 息 的 保 密 。VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 9 of 192. GVRP 协议GVRP协议是一种与VLAN有着紧密的联系的协议，它提供了一种机制用来维护动态VLAN

23、信息，并将本地的VLAN信息扩散到其它支持GVRP协议的交换机中，以达到 VLAN信息共享的目的。通过 GVRP 协议获取的 VLAN 信息被称为动态 VLAN 信息 (Dynamic vlan entry)，而用户手工配置的 VLAN 信息则被称为静态 VLAN 信息(Static vlan entry)。 2.1 GARP 协议介绍GARP( Generic Attribute Registration Protocol) 是一种通用的属性 Attribute 注册协议，它为处于同一个交换网内的交换成员之间提供了动态分发传播注册某种属性信息的一种手段。这里的属性可以是 VLAN， 组播 M

24、AC 地址和端口过滤模式等特征信息。GARP 协议实际上可以承载多种交换机需要传播的属性特性，所以 GARP 协议在交换机中存在的意义就是通过各种 GARP 应用协议体现出来。目前定义了 GMRP (GARP Multicast Registration Protocol) 和 GVRP (GARP VLAN Registration Protocol )两个协议，以后会根据网络发展的需要定义其它的特性。在 GARP 协议中，每个运行 GARP 协议的实体，被称为 GARP Participant，在具体的应用中，Participant 可以是交换机每个启动 GARP 协议的端口。在图 3 中

25、，显示了 GARP的结构。VLAN 技术白皮书Baud communication Co.,LTD Page 10 of 19图 3 GARP 体系结构在 GARP Participant 中，GARP Application 组件负责属性值的管理，GARP 协议报文的接收和发送。 GARP Application 组件利用 GID 组件和操作时的状态机，以及 GIP 组件控制协议实体之间的消息交互。GID 组件(GARP Information Declaration)是 GARP 协议的核心组件，一个 GID 实例如图 6 所示包含了当前所有属性值的状态。每个属性的状态由该属性的状态机决定。每个属性的状态机有两个：Applicant 和 Registrar，其中 Registrar 状态机负责属性的注册，注销等，并决定协议内部定时器的启动和停止。Applicant 状态机负责决定协议报文的发送。