什么是虚拟网

问题描述：

移动的虚拟网

问题解答：

有很多企业在发展的初期，人员较少 ，因此对网络的要求也不高，而且为了节约成本，很多企业网都采用了通过路由器实现分段的简单结构（图1）。在这样的网络下，每一个局域网上的广播数据包都可以被该段上的所有设备收到，而无论这些设备是否需要。随着企业规模的不断扩大，特别是多媒体在企业局域网中的应用，使每个部门内部的数据传输量非常大。此外，由于公司发展中一些遗留下来的问题，使得一个部门的员工不能相对集中办公。更重要的是，公司的财务部门需要越来越高的安全性，不能和其他的部门混用一个以太网段，以防止数据窃听。这些新问题需要更灵活地配置局域网，因此就产生了虚拟局域网（Virtual LAN）技术。

虚拟网是指在物理网络基础架构上，利用交换机和路由器的功能，配置网络的逻辑拓扑结构，从而允许网络管理员任意地将一个局域网内的任何数量网段聚合成一个用户组，就好像它们是一个单独的局域网。近期虚拟网（VLAN）迅速崛起，并成为最具生命力的组网技术之一。（图2）

虚拟局域网的特点

在使用带宽、灵活性、性能等方面，虚拟局域网（VLAN）都显示出很大优势。虚拟局域网的使用能够方便地进行用户的增加、删除、移动等工作，提高网络管理的效率。他具有以下特点：

1、灵活的、软定义的、边界独立于物理媒质的设备群。VLAN概念的引入，使交换机承担了网络的分段工作，而不再使用路由器来完成。通过使用VLAN，能够把原来一个物理的局域网划分成很多个逻辑意义上的子网，而不必考虑具体的物理位置，每一个VLAN都可以对应于一个逻辑单位，如部门、车间和项目组等。

2、广播流量被限制在软定义的边界内、提高了网络的安全性。由于在相同VLAN内的主机间传送的数据不会影响到其他VLAN上的主机，因此减少了数据窃听的可能性，极大地增强了网络的安全性。

3、在同一个虚拟局域网成员之间提供低延迟、线速的通信。能够在网络内划分网段或者微网段，提高网络分组的灵活性。VLAN技术通过把网络分成逻辑上的不同广播域，使网络上传送的包只在与位于同一个VLAN的端口之间交换。这样就限制了某个局域网只与同一个VLAN的其它局域网互相连，避免浪费带宽，从而消除了传统的桥接／交换网络的固有缺陷——包经常被传送到并不需要它的局域网中。这也改善了网络配置规模的灵活性，尤其是在支持广播／多播协议和应用程序的局域网环境中，会遭遇到如潮水般涌来的包。而在 VLAN结构中，可以轻松地拒绝其他VLAN的包，从而大大减少网络流量。

虚拟局域网的分类

虚拟局域网是一种软技术，如何分类，将决定此技术在网络中能否发挥到预期作用，下面将介绍虚拟局域网的分类以及特性。常见的虚拟局域网分类有三种：基于端口、基于硬件MAC地址、基于网络层。

1、 基于端口

基于端口的虚拟局域网划分是比较流行和最早的划分方式，其特点是将交换机按照端口进行分组，每一组定义为一个虚拟局域网。这些交换机端口分组可以在一台交换机上也可以跨越几个交换机（例如，1号交换机的端口1和2以及2号交换机的端口4、5、6和7上的最终工作站组成了虚拟局域网A；而1号交换机的端口3、4、5、6、7和8加上2号交换机的端口1、2、3和8上的最终工作站组成了虚拟局域网B）。

图3

端口分组目前是定义虚拟局域网成员最常用的方法，而且配置也相当直截了当。纯粹用端口分组来定义虚拟局域网不会容许多个虚拟局域网包含同一个实际网段（或交换机端口）。其特点是一个虚拟局域网的各个端口上的所有终端都在一个广播域中，它们相互可以通信，不同的虚拟局域网之间进行通信需经过路由来进行。这种虚拟局域网划分方式的优点在于简单，容易实现，从一个端口发出的广播，直接发送到虚拟局域网内的其他端口，也便于直接监控。但是，用端口定义虚拟局域网的主要局限性是：使用不够灵活，当用户从一个端口移动到另一个端口的时候网络管理员必须重新配置虚拟局域网成员。不过这一点可以通过灵活的网络管理软件来弥补。

2 、基于硬件MAC地址层

基于硬件MAC地址层地址的虚拟局域网具有不同的优点和缺点。由于硬件地址层的地址是硬连接到工作站的网络界面卡（NIC）上的，所以基于硬件地址层地址的的虚拟局域网使网络管理者能够把网络上的工作站移动到不同的实际位置，而且可以让这台工作站自动地保持它原有的虚拟局域网成员资格。按照这种方式，由硬件地址层地址定义的虚拟局域网可以被视为基于用户的虚拟局域网。

这种方式的虚拟局域网，交换机对终端的MAC地址和交换机端口进行跟踪，在新终端入网时根据已经定义的虚拟局域网——MAC对应表将其划归至某一个虚拟局域网，而无论该终端在网络中怎样移动，由于其MAC地址保持不变，故不需进行虚拟局域网的重新配置。这种划分方式减少了网络管理员的日常维护工作量，不足之处在于所有的终端必须被明确的分配在一个具体的虚拟局域网，任何时候增加终端或者更换网卡，都要对虚拟局域网数据库调整，以实现对该终端的动态跟踪。

基于硬件地址层地址的虚拟局域网解决方案的缺点之一是要求所有的用户必须初始配置在至少一个虚拟局域网中。在这次初始手工配置之后，用户的自动跟踪才有可能实现，而且取决于特定的供应商解决方案。然而，这种不得不在一开始先用人工配置虚拟局域网的方法，其缺点在一个非常大的网络中变得非常明显：几千个用户必须逐个地分配到各自特定的虚拟局域网中。某些供应商已经减少了初始手工配置基于硬件地址的虚拟局域网的繁重任务，它们采用根据网络的当前状态生成虚拟局域网的工具，也就是说为每一个子网生成一个基于硬件地址的虚拟局域网。

3 、基于网络层

基于网络层的虚拟局域网划分也叫做基于策略（POLICY）的划分，是这几种划分方式中最高级也是最为复杂的。基于网络层的虚拟局域网使用协议（如果网络中存在多协议的话）或网络层地址（如TCP/IP中的子网段地址）来确定网络成员。利用网络层定义虚拟网有以下几点优势。第一，这种方式可以按传输协议划分网段。其次，用户可以在网络内部自由移动而不用重新配置自己的工作站。第三，这种类型的虚拟网可以减少由于协议转换而造成的网络延迟。这种方式看起来是最为理想的方式，但是在采用这种划分之前，要明确两件事情：一是IP盗用，二是对设备要求较高，不是所有设备都支持这种方式。

虚拟局域网的应用

由于虚拟局域网具有比较明显的优势，在各种企业中都有了很好的应用。下面就根据不同的案例来分析虚拟局域网的应用情况。

1、局域网内部的局域网

往往很多企业已经具有一个相当规模的局域网，但是现在企业内部因为保密或者其他原因，要求各业务部门或者课题组独立成为一个局域网，同时，各业务部门或者课题组的人员不一定是在同一个办公地点，各网络之间不允许互相访问。根据这种情况，可以有几种解决方法，但是虚拟局域网解决方法可能是最好的。为了完成上述任务，我们要做的工作是收集各部门或者课题组的人员组成、所在位置、与交换机连接的端口等信息。根据部门数量对交换机进行配置，创建虚拟局域网，设置中继，最后，在一个公用的局域网内部划分出来若干个虚拟的局域网，同时减少了局域网内的广播，提高了网络传输性能。这样的虚拟局域网可以方便地根据需要增加、改变、删除。

2、共享访问——访问共同的接入点和服务器

在一些大型写字楼或商业建筑（酒店、展览中心等），经常存在这样的现象：大楼出租给各个单位，并且大楼内部已经构建好了局域网，提供给入驻企业或客户网络平台，并通过共同的出口访问Internet或者大楼内部的综合信息服务器。由于大楼的网络平台是统一的，使用的客户有物业管理人员、有其他不同单位的客户。在这样一个共享的网络环境下，解决不同企业或单位对网络的需求的同时，还要保证各企业间信息的独立性。这种情况下，虚拟局域网提供了很好的解决方案。大厦的系统管理员可以为入驻企业创建一个个独立的虚拟局域网，保证企业内部的互相访问和企业间信息的独立，然后利用中继技术，将提供接入服务的代理服务器或者路由器所对应的局域网接口配置成为中继模式，实现共享接入。这种配置方式还有一个好处，可以根据需要设置中继的访问许可，灵活地允许或者拒绝某个虚拟局域网的访问。

3、交叠虚拟局域网

交叠虚拟局域网是在基于端口划分虚拟局域网的基础上提出来的，最早的交换机每一个端口只能同时属于一个虚拟局域网，交叠虚拟局域网允许一个交换机端口同时属于多个虚拟局域网。这种技术可以解决一些突发性的、临时性的虚拟局域网划分。比如在一个科研机构，已经划分了若干个虚拟局域网，但是因为某个科研任务，从各个虚拟局域网里面抽调出来技术人员临时组成课题组，要求课题组内部通信自如，同时各科研人员还要保持和原来的虚拟局域网进行信息交流。如果采用路由和访问列表控制技术，成本会较大，同时会降低网络性能。交叠技术的出现，为这一问题提供了廉价的解决方法；只需要将要加入课题组的人员所对应的交换机端口设置成为支持多个虚拟局域网，然后创建一个新虚拟局域网，将所有人员划分到新虚拟局域网，保持各人员原来所属虚拟局域网不变即可。

图4

以上简单的介绍了虚拟局域网的主要技术和一些实际应用，希望会给读者带来有益的帮助。随着现代交换技术的发展而出现，并将随着网络的应用得到普及，虚拟局域网将成为众多网络设计、规划和管理人员欢迎和使用的技术。