一、VLAN介绍
VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的局域网在逻辑上划分成多个广播域的技术。通过 VLAN 的划分，可以实现网络的灵活管理和资源的有效分配。
VLAN的来源
VLAN其出现的原因主要是为了解决传统以太网中存在的广播风暴和安全隐患等问题。
- 在传统的以太网中，所有主机通过 HUB 或交换机相连，处在同一个广播域中。
- HUB 作为物理层设备，会将接收到的报文向除接收端口外的所有端口转发；
- 交换机作为数据链路层设备，在收到广播报文或未知单播报文时，也会向除接收端口之外的所有端口转发。
- 这导致网络中可能存在大量广播和未知单播报文，浪费网络资源，同时也使主机收到大量无用报文，且报文无法进行有效监控，造成严重的安全隐患。
- 需要隔离广播域。使用路由器可以依据目的 IP 地址对报文进行转发，不会转发链路层的广播报文，但其成本较高，且端口较少，无法细致地划分网络。
VLAN的思路
- 允许网络管理者将一个物理的 LAN 逻辑地划分成不同的广播域（或称虚拟 LAN，即 VLAN）
- 每一个 VLAN 都包含一组有着相同需求的计算机工作站，并且这种逻辑定义方法可以延伸到多个交换机上面。
- 同一个 VLAN 内的各个工作站无须被放置在同一个物理空间里，即使这些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，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。
VLAN 的优点
- 增强网络安全性：不同 VLAN 之间的数据隔离，减少了未经授权的访问和数据泄露风险。
- 提高网络性能：限制广播域的范围，减少广播风暴对网络性能的影响。
- 灵活的网络规划：方便根据部门、功能等因素对网络进行分组管理。
- 简化网络管理：可以更轻松地进行网络配置和故障排查。
VLAN 的划分方式
- 基于端口的 VLAN：最简单和常见的方式，根据交换机端口来划分 VLAN。
- 基于 MAC 地址的 VLAN：根据设备的 MAC 地址划分，移动性较好。
- 基于协议的 VLAN：根据网络协议（如 IP、IPX 等）来划分。
- 基于子网的 VLAN：根据 IP 子网划分。
二、VLAN工作原理
- 收到一个数据帧时，检查帧中是否带有 VLAN 标识（如 802.1Q 标签）。如果没有，则根据端口的默认 VLAN 配置来确定该帧所属的 VLAN。
- 若数据帧带有 VLAN 标识，则交换机直接根据标识确定其所属 VLAN。
- 特定 VLAN 的帧，交换机只会将其转发到该 VLAN 内的其他端口，而不会转发到其他 VLAN 的端口，从而实现了不同 VLAN 之间的隔离。
- 在 VLAN 间通信时，如果没有进行特殊配置，不同 VLAN 的数据帧是不能直接相互通信的。
- 交换机通过维护 VLAN 成员信息表，来准确地知道每个端口所属的 VLAN，以及每个 VLAN 包含哪些端口。
- 在一些高级应用中，还可以利用 VLAN 技术进行流量管理和优先级控制，确保关键业务的带宽和服务质量。
- 不同类型的 VLAN 划分方式（如基于端口、MAC 地址、协议等）会影响到数据帧与 VLAN 的关联方式。
- 当网络拓扑发生变化时，例如端口状态改变或设备移动，交换机能够动态地更新 VLAN 成员信息，以保证网络的正常运行。
三、VLAN与子网
VLAN 与子网共同点：
- 都可以用于网络的划分和隔离，以实现不同区域或业务的区分。
- 在一定程度上都能提高网络的安全性和管理效率。
不同点：
- 实现层次不同：VLAN 是在数据链路层进行划分，而子网是在网络层。
- 划分依据不同：VLAN 可以基于多种方式划分，如端口、MAC 地址等；子网主要基于 IP 地址进行划分。
- 控制方式不同：VLAN 由交换机进行管理和控制；子网由路由器或三层交换机基于路由策略进行控制。
- 灵活性不同：VLAN 的划分相对更灵活，更改较为方便；子网的更改可能涉及到 IP 地址的重新规划和配置。
- 传输范围不同：VLAN 内的数据传输局限在交换机连接的范围内；子网内的数据可通过路由器在更大的网络范围内传输。
- 对广播的控制不同：VLAN 可以很好地限制广播域的范围；子网对广播的控制相对较弱。
四、VLAN 的应用场景
- 企业网络：可以将不同部门划分到不同的 VLAN 中，实现部门间的隔离和安全控制，同时方便管理和资源分配。
- 校园网络：用于划分不同的教学楼、院系、实验室等区域，便于网络管理和流量控制。
- 数据中心：有助于对不同的服务器群组或应用进行隔离，提高网络的可靠性和可扩展性。
- 酒店网络：可以为不同的楼层、功能区（如客房、餐厅、会议室等）设置单独的 VLAN，满足不同区域的网络需求。
- 大型园区网络：对园区内的不同区域或业务进行划分，保障网络性能和安全。
- 多租户网络：在提供网络服务给多个租户时，通过 VLAN 实现租户间的隔离。
- 无线网络：对不同的无线接入点或用户群体划分 VLAN，提供差异化的网络服务和安全策略。
五、VLAN 的发展趋势
- 与 SDN（软件定义网络）技术深度融合，实现更灵活和智能的网络配置与管理。
- 适应更大规模和更复杂的网络环境，支持更多数量的 VLAN 划分和更高的性能要求。
- 在安全性方面不断强化，提供更精细的访问控制和安全防护机制。
- 随着云计算的发展，更好地与云环境集成，满足云服务对网络的需求。
- 智能化管理趋势明显，利用人工智能和机器学习技术优化 VLAN 配置和资源分配。
- 与 5G 等新一代通信技术结合，为移动网络和边缘计算等领域提供支持。
- 对网络质量和服务质量的保障更加重视，以满足关键业务的需求。
- 简化配置和管理流程，降低网络管理的复杂性和成本。