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了解 VLAN:什么是 VLAN 以及它如何工作?

2023 年 8 月 1 日

什么是 VLAN 以及它如何工作?

VLAN(即虚拟局域网)是一种逻辑网络,允许连接到物理上不同 LAN 的设备进行通信。 VLAN 可以在单个交换机上或跨多个控制器创建,并根据端口、MAC 地址或协议进行配置。 VLAN 提供网络分段、提高安全性并增强网络性能。

VLAN 是如何工作的?

VLAN 使用唯一的 VLAN ID 或编号来区分和隔离网络流量。 交换机配置为使用 VLAN ID 来识别 VLAN 流量。 这使得控制器能够转发同一 VLAN 内的流量,同时阻止来自其他 VLAN 的流量。

VLAN 的好处

VLAN 为网络基础设施提供了多项优势,包括:

减小广播域大小
VLAN 用于将网络分割成更小的广播域。 这减少了网络上的广播流量,提高了网络性能。

增强网络安全
VLAN 可以隔离敏感数据和设备,防止其他 VLAN 进行未经授权的访问。 这有助于提高网络的整体安全性。

可扩展性
通过创建逻辑段,VLAN 可以更轻松地管理大型网络。 通过分配新的 VLAN 可以轻松地添加新用户或设备。

提高网络性能
隔离某些类型的网络流量并优化 VLAN 内的数据传输速率可以显着提高网络性能,从而实现更快、更可靠的数据传输。

弗兰

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VLAN 的类型

VLAN 有多种类型,包括:

基于端口的VLAN
这种类型的 VLAN 将逻辑网络分配给交换机上的特定端口。 连接到该端口的设备随后将转移到分配的 VLAN。

基于MAC地址的VLAN
这种类型的 VLAN 根据设备的 MAC 地址分配逻辑网络。

基于协议的 VLAN
这种类型的 VLAN 根据用于网络通信的协议(例如 TCP/IP 或 FTP)分配逻辑网络。

动态 VLAN 与静态 VLAN
动态 VLAN 配置为根据 MA​​C 地址等条件自动将设备分配到适当的 VLAN,而静态 VLAN 则需要手动配置。 动态 VLAN 在设备频繁移动或添加的环境中非常有用。 静态 VLAN 通常用于隔离特定类型的流量,例如 VoIP 或视频会议。

如何配置 VLAN

虚拟局域网 (VLAN) 根据不同的要求(例如部门、项目或安全要求)有效地分段网络流量。 VLAN 允许多个逻辑网络在单个物理网络基础设施上共存,从而提供灵活性、可扩展性和安全性。

在网络设备上配置 VLAN

要在网络设备上有效配置 VLAN,必须考虑设备的具体要求和功能,以及网络拓扑和流量模式。 可以在具有适当 VLAN 功能的路由器、交换机或防火墙上配置 VLAN。

路由器上的VLAN配置

要在路由器上配置 VLAN,您需要遵循以下基本步骤:

通过发出“vlan database”命令启用 VLAN。
通过指定 VLAN ID 和名称来创建 VLAN。
通过在相关接口上发出“switchport access vlan”命令将端口分配给 VLAN。
通过创建 VLAN 子接口或使用单臂路由器配置来配置 VLAN 路由。

VLAN 需要考虑的配置参数包括 VLAN ID、VLAN 名称、MTU 大小、IP 地址分配、VLAN 接口、VLAN 成员模式和 VLAN 生成树协议。

在以太网端口上配置 VLAN

在以太网端口上配置 VLAN 需要仔细考虑 VLAN 成员模式、安全策略和流量类型。 VLAN 成员模式可以是访问、中继或混合,每种模式都有特定的属性。 Access 模式用于单个 VLAN,Trunk 模式用于多个 VLAN。 但是,混合模式可以在同一端口上容纳访问和中继流量。

在以太网端口上配置 VLAN 时,VLAN 标记是一个重要的考虑因素。 VLAN 标记使多个 VLAN 能够通过单个物理链路进行传输,而不会相互干扰。

还应实施端口安全、基于端口的身份验证和 MAC 地址过滤等安全策略来保护 VLAN 之间的流量。

弗兰

了解 VLAN 标记

VLAN 标记是一种将 VLAN 标识信息与网络承载的数据分开的技术。 VLAN 标记使交换机、路由器和其他网络设备能够区分 VLAN。

VLAN 标记向每个以太网帧添加一个四字节标记,提供识别该帧属于哪个 VLAN 的附加信息。 当传输带标签的帧时,标题被插入到以太网帧头中,接收设备使用该标签来区分VLAN。

VLAN 路由和 VLAN 间通信

VLAN 路由是 VLAN 配置的重要方面,通过将数据包从一个 VLAN 转发到另一个 VLAN 来实现 VLAN 之间的通信。 VLAN 路由的一些方法是通过路由器子接口、单臂路由器和第 3 层交换机进行 VLAN 间路由。

可以使用不同的方法来管理网络中的 VLAN 间通信。 这些方法包括单条路由、交换虚拟接口或第 3 层或多层交换机。 然而,所选择的路由方法应该高效且安全,以确保最佳的网络性能。

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常见问题和故障排除

VLAN 是现代网络环境中的关键组件。 它们允许网络管理员分段流量、提高性能并增强安全性。 然而,与任何其他网络技术一样,VLAN 很容易出现问题和错误,从而降低其功能和性能。 让我们讨论网络工程师面临的最常见问题,并建议诊断和缓解这些问题的故障排除步骤。

VLAN 配置故障排除:

网络工程师遇到的最常见问题之一是 VLAN 配置错误。 不正确的 VLAN 配置可能会导致网络分段问题、连接问题和性能下降。 解决 VLAN 配置问题的第一步是验证 VLAN 配置是否正确。 这可以使用 show VLANs、interfaces 和 interface trunk 命令等工具来完成。 如果VLAN配置正确,则问题可能是交换机端口配置错误造成的。 在这种情况下,应检查交换机端口是否有错误的访问模式或中继模式配置。

VLAN 连接问题故障排除:

VLAN 连接问题是网络工程师面临的另一个常见问题。 各种因素(例如不正确的 VLAN 标记、VLAN 配置、网络拥塞或物理问题)都可能导致 VLAN 连接问题。 解决 VLAN 连接问题的第一步是确保网络设备正常工作。 这可以使用 Wireshark 或 PRTG 等网络监控工具来完成。 此外,网络工程师还应检查交换机上的VLAN配置,确保网络拓扑配置正确。

管理 VLAN 成员资格:

VLAN 成员资格管理对于正确分段和管理网络流量至关重要。 VLAN 的不正确成员身份可能会导致连接问题和安全漏洞。 管理 VLAN 成员身份的第一步是确保正确的 VLAN 与正确的交换机端口关联。 这可以通过在交换机上使用 show VLAN 命令来完成。 网络工程师应监控流量以确保其被正确标记和路由。

处理 VLAN 中的广播流量:

广播流量可能成为 VLAN 中的一个重大问题,尤其是在网络配置不正确的情况下。 广播流量会导致拥塞、降低网络性能,甚至导致安全漏洞。 减少广播流量的一种方法是限制 VLAN 中的设备数量。 此外,VLAN 修剪可以控制网络的广播流量。

VLAN 安全最佳实践:

VLAN 安全对于保护网络免受安全威胁和漏洞至关重要。 实施以下安全最佳实践对于确​​保 VLAN 安全至关重要:

使用 VLAN 访问控制列表 (ACL) – VLAN ACL 允许网络管理员根据 MA​​C 地址、IP 地址或协议过滤流量。

分段关键流量 – 服务器、打印机和 VoIP 电话等关键流量应放置在单独的 VLAN 中,以降低安全漏洞的风险。

实施 VLAN 中继协议 – VLAN 标记和 VTP 等 VLAN 中继协议可以帮助提高网络性能和安全性。

监控网络流量——应定期监控网络流量,以识别潜在的安全威胁或漏洞。

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高级 VLAN 概念

虚拟局域网 (VLAN) 已成为工程师设计和维护现代企业网络的日益重要的工具。 通过提供网络分段和资源管理,VLAN 提供了提高网络效率和安全性的强大方法。

中继和 VLAN 标记

由于需要在同一网络内连接多个交换机,因此出现了中继概念。 VLAN 中继允许网络管理员使用单个物理连接在交换机之间整合和分配网络流量,从而最大限度地延长系统正常运行时间和恢复能力。

VLAN 标记是使用 VLAN 时的另一个重要考虑因素。 标记涉及在每个数据包上添加唯一标识符。 通过在每个以太网帧头添加 VLAN ID (VID),交换机可以知道数据包属于哪个 VLAN。 标记还可以帮助网络管理员确定应转发哪些数据包以及应过滤哪些数据包。 在经典以太网中,从一个端口传输的帧会广播到所有其他端口。 VLAN 标记有助于划分多个广播域,减少广播传输。

三层网络中的 VLAN

除了提高网络效率之外,VLAN 还可以帮助网络工程师更有效地管理其资源。 例如,VLAN可以促进网络分段,允许不同部门分配带宽、管理IP寻址并有效控制网络资源的使用。

在三层网络中,可以通过VLAN来实现VLAN间的通信。 换句话说,在交换机上创建的 VLAN 可以通过不同的按钮与其他 VLAN 进行通信。 使用第 3 层交换,还可以使用分配给 VLAN 接口的 IP 地址来启用 VLAN 之间的路由。

使用 VLAN 进行网络分段

网络分段对于在网络内创建隔离环境以实现资源管理和控制至关重要。 通过 VLAN,网络管理员可以划分需要增强安全性和监管的网络区域或部门。 网络管理员可以通过创建较小的广播域,在不太复杂的网络基础设施中实现更大的流量分段。 分段允许更有针对性的安全解决方案,例如防火墙和访问控制设备。

在单交换机环境中实施 VLAN

VLAN 可以在单交换机环境和多交换机环境中实施。 VLAN 可用于单交换机环境中,为不同的 VLAN 指定不同的端口。 这样就达到了流量隔离的目的,可以更好地管理和控制网络流量。 VLAN 还可以在单​​个交换机环境中使用来连接不同的部门。 例如,为财务、销售和营销创建 VLAN 可以为每个部门提供独特的广播域,从而实现细粒度的网络资源管理并增强安全性。

用于网络安全和资源管理的 VLAN

最后,VLAN 可以通过改善敏感数据和公司拥有资源的隔离来增强网络安全性。 通过在网络内建立 VLAN,系统管理员可以通过访问控制列表 (ACL) 控制对 VLAN 的访问来实施安全策略。 ACL 可以限制允许哪些 IP 地址与网络中的特定 VLAN 进行通信。

此外,VLAN还可以帮助优化网络资源管理。 通过对网络流量进行分段,管理员可以将网络容量提供给最需要的地方,从而更好地管理网络资源。 例如,与网络流量需求较少的其他部门相比,互联网使用量大的部门可以分配更多的带宽容量。

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VLAN 配置的最佳实践

作为一名网络工程师,VLAN配置是一项至关重要的工作,应该仔细、准确地完成。 VLAN 是网络上逻辑分段和隔离的设备组,在网络环境中实施 VLAN 可以带来多种好处,例如提高安全性、改进流量管理和简化维护。

为了确保 VLAN 配置正确,必须了解 VLAN 编号和 VLAN ID 之间的区别。

弗兰

了解 VLAN 编号和 VLAN ID

VLAN 编号是分配给网络中每个 VLAN 的唯一数字标识符。 相比之下,VLAN ID 是用户定义的名称或分配给 VLAN 的标签,它比 VLAN 编号更方便用户使用。

分配易于记忆并与其相应 VLAN 关联的 VLAN ID 至关重要。 例如,将 VLAN ID“销售”设置为包含所有销售部门设备的 VLAN 将比为 VLAN 分配随机数更直接。

配置VLAN接口

分配 VLAN ID 后,VLAN 配置的下一步是配置 VLAN 接口。 VLAN 接口为网络上的特定 VLAN 段定义第 3 层地址。 每个 VLAN 都应该有一个分配给它的唯一接口。

最佳实践是在路由器和交换机上配置 VLAN 接口。 路由器将处理 VLAN 之间的路由流量,而交换机可以协助引导 VLAN 流量。 通过为每个接口分配IP地址,一个VLAN内的用户可以与另一个VLAN内的用户进行通信。

VLAN间通信

确保 VLAN 间通信得到良好管理。 当部署多层交换机时,网络性能得到优化,并且 VLAN 间路由发生在按钮内部,而不是流经外部路由器。 VLAN 间流量过多的网络必须规划更广泛的带宽利用率。

使用访问控制列表保护 VLAN

VLAN 安全至关重要。 访问控制列表 (ACL) 可以限制对特定 VLAN 的访问并控制 VLAN 内的流量。 ACL 可以根据用户的 IP 地址、MAC 地址或端口允许或拒绝对特定 VLAN 的访问。

优化 VLAN 性能

VLAN 性能可以通过多种方式提高。 一种方法是按功能隔离 VLAN 以减少流量拥塞。 此外,部署较小的广播域(例如 IGMP 侦听交换机)可以最大限度地减少多播流量。 另一种方法是监控 VLAN 的带宽使用情况并根据需要进行升级。

总之,了解 VLAN 编号与 VLAN ID、配置 VLAN 接口、管理 VLAN 间通信、使用访问控制列表保护 VLAN 以及优化 VLAN 性能都是在网络环境中配置 VLAN 时应遵循的关键实践。 利用这些最佳实践,网络工程师可以确保 VLAN 实施正确,并且网络安全高效。

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经常问的问题:

弗兰

问:什么是VLAN?

答:VLAN 代表虚拟局域网。 它是一个逻辑设备组,配置为进行通信,就像连接到同一物理局域网 (LAN) 一样。 VLAN 使用网络交换机将网络流量分离和隔离到不同的虚拟网络中。

问:VLAN 是如何工作的?

答:VLAN 的工作原理是向每个网络数据包添加一个标记或标签,以指示其所属的 VLAN。 网络交换机使用这些标签将盒子定向到适当的 VLAN,确保流量被隔离并且仅到达预期的设备。

问:VLAN有什么优点?

答:VLAN 具有多种优势,包括改进的网络性能、增强的安全性和简化的网络管理。 通过对网络流量进行分段,VLAN 可以减少拥塞并提高整体网络效率。 它们还允许网络管理员通过隔离敏感数据来控制资源访问并增强安全性。 此外,VLAN 使管理和配置网络变得更加容易,因为可以在 VLAN 级别而不是在单个设备上进行更改。

问:VLAN 有哪些不同类型?

答:VLAN 主要有两种类型:静态和动态。 网络管理员手动配置静态VLAN。 设备根据物理位置或功能分配到特定的 VLAN。 动态 VLAN 也称为 VLAN 成员策略服务器 (VMPS) 或 VLAN 中继协议 (VTP),允许根据特定标准(例如 MAC 地址或用户身份验证)将设备自动分配到 VLAN。

问:VLAN 如何与网络设备配合使用?

答:VLAN 通过配置网络交换机来创建和管理虚拟网络。 交换机端口可以分配给特定的 VLAN,连接到这些端口的设备将成为该 VLAN 的一部分。 然后,交换机使用适当的 VLAN 标记封装流量,从而允许其在不同 VLAN 之间路由。

问:不同VLAN的设备可以互通吗?

答:默认情况下,不同VLAN内的设备是相互隔离的,不能直接通信。 但是,网络管理员可以配置 VLAN 间路由,以允许使用路由器或第 3 层交换机在特定 VLAN 之间进行通信。

问:什么是 VLAN 标记?

答:VLAN 标签是添加到网络数据包上的附加信息,用于标识数据包所属的 VLAN。 它包含 VLAN ID 等信息,交换机使用这些信息来确定盒子的适当 VLAN。

问:VLAN 与物理 LAN 有何不同?

答:VLAN 是在物理 LAN 内创建的虚拟网络。 物理 LAN 由连接到同一网段的设备组成,而 VLAN 允许网络管理员对不同物理位置或网络交换机上的设备进行逻辑分组。

问:一台设备可以属于多个VLAN吗?

答:不可以,一台设备一次只能属于一个 VLAN。 但是,设备可以通过路由或通过 VLAN 中继将计算机配置为多个 VLAN 的成员来与其他 VLAN 中的设备进行通信。

问:什么是 VLAN 中继端口?

答:VLAN 中继端口是配置为承载多个 VLAN 流量的交换机端口。 这些端口使用标记来识别每个数据包所属的 VLAN,以便可以将其正确路由到适当的 VLAN。

问:如何在网络上配置 VLAN?

答:配置 VLAN 通常涉及访问网络交换机的管理界面并创建新的 VLAN。 您可以将交换机端口分配给 VLAN 并配置其他设置或安全措施。