基于PacketTracer的VLAN技术研究

摘要：VLAN是一种常见的组网技术，在园区网中得到广泛的应用。本文介绍了VLAN工作的基本原理，VLAN相关协议，并在Packet Tracer下对VLAN进行仿真，具体包括VLAN的划分、VLAN间路由的实现等，帮助大家更好地理解和掌握VLAN，熟悉VLAN的应用。

关键词：VLAN；802.1Q；VTP；扁平式网络；单臂路由；第三层交换

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）22-0030-04

1概述

交换机是重要的网络设备之一，工作在数据链路层，主要功能是根据MAC地址和交换机端口进行快速的数据转发。在传统工作模式下，交换机上是不进行网络划分的，交换机连接的设备处于一个广播域中，这样的组网结构称为扁平式网络[1]。扁平式网络无法隔绝广播，缺乏对网络端口的有效控制，这种网络结构存在安全和性能两个方面的问题。在安全上，攻击者可以很容易的加入网络，并在物理层面上对网络中的链路进行监听；在性能上，由于无法隔绝广播，需要面对广播风暴的潜在风险[2]。这些问题随着网络的高速发展，网络用户的急剧增加，变得更加突出。

VLAN技术的出现有效地解决了这些问题。本文将对VLAN技术展开研究，首先介绍VLAN技术工作的基本原理，然后在Packet Tracer平台上对VLAN技术进行网络仿真，包括VLAN划分、VLAN协议的配置及VLAN间路由的实现等，帮助大家更好地理解VLAN技术，掌握其应用。

2 VLAN基本原理

所谓VLAN是虚拟局域网的意思，是应用在交换机上的一种技术，其核心思想是通过交换机在链路层上实现了网段划分，这种划分是一种逻辑划分，将一个网络划分成若干个虚拟的局域网。

VLAN 的划分十分灵活，不受物理位置的限制。一个VLAN是一个完整的网络，具备了一个物理网段所应该有的所有特性。同一VLAN 内的主机可相互直接通信，而不同VLAN 间主机的相互访问必须经路由设备来转发，VLAN在链路层实现了网络的划分，因此VLAN是隔绝广播的，广播数据包只可在本VLAN内进行广播，不能传输到其它VLAN 中[3]。这使得交换机具备了隔绝广播的功能，从而有效地解决了广播风暴的问题。同时，这样的划分减小了网络的规模，加强了对各个网段的管理，提高了网络的安全性。

VLAN的划分既可以在单个交换机上，也可以跨多个交换机。VLAN划分的前提是交换机要支持VLAN技术，当然目前多数交换机都提供了对VLAN的支持。

2.1单机VLAN

3 VLAN协议

VLAN技术的实现需要协议的支持，按功能来分，有两种VLAN协议。

3.1 ISL与802.1Q

VLAN内的主机需要跨交换机进行通信，如图2所示，那么如何判定数据帧是属于VLAN10还是VLAN20呢？

一种简单的方法就是对数据帧做标记（tag），也就是在传统数据帧前加上新的VLAN头，通过VLAN标记（VLAN ID）来区分来自不同VLAN的数据帧。这由ISL协议来实现，ISL的主要作用就是为数据帧打上VLAN标签。

802.1Q与ISL具有相同的功能，区别是前者是Cisco的协议，后者是IEEE标准协议。

3.2 VTP与GVRP

VLAN能够进行灵活的网络划分，并且交换机端口的VLAN划分是可以改变的，人们可以将某个交换机端口从一个VLAN划分到另一个VLAN。当VLAN划分发生变化时，需要进行VLAN信息的同步，这是VTP协议的主要工作。VTP协议主要用于管理在同一个域的网络范围内VLAN的建立、删除和更新。

GVRP与VTP协议功能类似，区别是VTP是CISCO的协议，而GVRP是IEEE标准协议。

4.2 VLAN间路由

VLAN技术使得可以在交换机上将网络划分成多个VLAN，VLAN内的主机可以互通，VLAN间无法直接通信，要实现VLAN间的通信，则需要进行VLAN间的路由。VLAN间路由的方法有两种，一种是三层交换机，一种是单臂路由。

1）三层交换机实现VLAN间路由

一般交换机工作在链路层，是二层设备。而三层交换机除具有普通交换机的功能外，还具有网络层路由的功能，其实现VLAN 间相互访问的原理是：利用三层交换机的路由功能，根据数据包中IP首部的目的IP地址，查找路由表从而实现数据包的转发。交换机本来不需要给端口配置IP地址，但是三层交换机为了实现路由的功能，需要给端口配置IP地址，采用交换虚拟接口（Switch Virtual Interface， SVI）技术，为每一个VLAN分配一个虚拟接口并配置IP地址。每个VLAN有了自己的IP地址，就可以采用路由器的工作原理，实现VLAN间路由。

5 结语

VLAN是一种常用的组网技术，在园区网中应用广泛，本文对VLAN技术展开研究和讨论，介绍了VLAN技术的基本原理，VLAN协议，并在Packet Tracer平台上对VLAN技术进行了仿真，模拟了VLAN划分和VLAN间路由的功能，帮助大家更好地理解和掌握VLAN技术。

参考文献：

[1] Li Qiong. Research on VLAN Technology and Campus Network Constructionp[J]. Computer and Modernization，2007.

[2] Le Jun，Chen Guanghuai.VLAN and Its Application in Safety Management of Campus-Based Network[J].China Distance Education，2001.

[3] Feng Dongzhu，Yang Deng. Based on VLAN Technology in Campus Network Construction[J]. Microcomputer Information，2010.

[4] 吕方瑶.当前主要网络仿真工具研究和实践[J].信息通信，2011（4）：3-5.

[5] 吴名欢，蒋小华.校园网络方案设计仿真[J].计算机与信息技术，2009（4）：84-85.