Lan和Vlan的区别和原理

一、LAN 本地局域网

LAN 表示 Local Area Network，本地局域网。
一个 LAN 表示一个广播域，含义是：LAN 中的所有成员都会收到任意一个成员发出的广播包。

最基本的LAN布局

上图为最基本的LAN布局。如果设备间想要通讯，必须要获取到对方的MAC地址。

举例：A 发信息给 C，A 并不知道 C 的 MAC 地址。此时通过 ARP 协议（Address Resolution Protocol；地址解析协议；）获取 C 的 MAC 地址，A 先要广播一个包含目标 IP 地址的 ARP 请求到链接在集线器上的所有设备上，C 接受到广播后返回 MAC 地址给 A，其他设备则丢弃信息。至此已经建立设备间通信的准备条件。

• 链接在集线器中的设备都在同一个冲突域和广播域中。此时的冲突域就是广播域。简单理解就是在这种布局中，一次只能一台设备发送信号且其他设备都能接受该信号。

• 集线器是物理层（OSI第一层）设备，主要作用是将信号进行接受-恢复放大-发送，双绞线、光纤在传输信号的时候，随着距离的增大，信号会减弱造成失真，借助集线器可以让信号传播更远的距离；同时集线器上有很多接口，能够扩展终端数量扩大 LAN 的规模。

• 同一集线器上的所有设备共享带宽，如果设备数量过多的话，会造成链路拥堵，严重的会产生广播风暴。

• 使用交换机可以把一个大的冲突域划分成多个小的冲突域，这样可以缩减冲突域的范围，降低数据拥堵。

• 下图添加一个交换机连接几个冲突域，交换机的一个端口对应一个单独的冲突域。这样一来一个大的广播域就分成了多个小的冲突域。但注意的是，这整个网络仍是一个广播域。
  

  冲突域的相互隔离

• 上面已经把冲突域进行了隔离，当设备越来越多的时候每个设备都发送一个广播，交换机需要把每个广播复制下发到所有设备，这个开销就很可怕了。

• 下图我们使用路由器对广播域进行隔离。

广播域的隔离

• 当路由器收到广播时，会把它自动丢弃，不会转发到路由器的其他端口，实现了广播域的分割

二、VLAN 虚拟局域网

VLAN 表示 Virtual Local Area Network，虚拟本地局域网。

• 虚拟局域网（VLAN）是在局域网（LAN）的逻辑上划分成多个广播域，每一个广播域就是一个 VLAN。

• 下图为交换机划分虚拟局域网。交换机把一个广播域划分成了3个广播域，物理上这些设备在一个交换机上，但是逻辑上已经分别划分到三个交换机上，所以会有三个局域网（虚拟局域网），三个广播域。

交换机划分虚拟局域网

交换机划分 VLAN 说明，VLAN1 这个虚拟局域网编号，一般工作于管理组，所以普通 VLAN 都是从 2 开始编号，默认情况下，所有虚拟局域网都隶属于 VALN1。

• 在上图中不同的 VLAN 相互间是不能通讯的。为了解决这个问题，引进了三层交换机（或路由器）等 OSI 的三层设备实现跨网段通信。

三、VLAN 实现原理

1. 静态 VLAN

• 静态 VLAN 又被称为基于端口的 VLAN（PortBased VLAN）。是为了明确指定哪个 Port 属于哪个 VLAN ID。

• 在 VLAN 管理员最初配置交换机 Port 和 VLAN ID 的对应关系时，就已经固定了这种对应关系，即一个 Port 只能对应一个 VLAN ID，之后无法进行更改，除非管理员再重新配置。

• 当一台设备接到这个 Port 上的时候，怎么判断该主机的 VLAN ID 与 Port 对应呢，这里是根据 IP 配置决定的，我们知道每个 VLAN 都有一个子网号，并对应着哪些 Port，如果设备要求的 IP 地址和该 Port 对应的 VLAN 的子网号不匹配，则连接失败，该设备将无法正常通信。所以除了连接到正确的 Port 外，也必须给设备分配属于该 VLAN 网络段的 IP 地址，这样才能加入到该 VLAN 中。

• 由于需要一个个端口地指定，因此当网络中的计算机数目超过一定数字（比如数百台）后，设定操作就会变得烦杂无比。并且，客户机每次变更所连端口，都必须同时更改该端口所属 VLAN 的设定——这显然不适合那些需要频繁改变拓补结构的网络。

2. 动态 VLAN

• 动态 VLAN 则是根据每个端口所连的计算机，随时改变端口所属的 VLAN。这就可以避免上述的更改设定之类的操作。动态 VLAN 可以大致分为 3 类：

• （1）基于 MAC 的 VLAN

       基于 MAC 地址的 VLAN ，就是通过查询并记录端口所连的计算机网卡的 MAC 地址来决定端口的所属。假定有一个 MAC 地址 “A” 被交换机设定为属于 VLAN 10，那么不论 MAC 地址为 “A” 的这台计算机连在交换机哪个端口，该端口都会被划分到 VLAN 10 中去。计算机连在端口 1 时，端口 1 属于 VLAN 10 ；而计算机连在端口 2 时，则是端口 2 属于 VLAN 10。

       基于 MAC 地址的 VLAN ，在设定时必须调查所连接的所有计算机的 MAC 地址并加以登录。而且如果计算机交换了网卡，还是需要更改设定。

• （2）基于 IP 的 VLAN

       基于子网的 VLAN，则是通过所连计算机的 IP 地址，来决定端口所属 VLAN 的。不像基于 MAC 地址的 VLAN，即使计算机因为交换了网卡或是其他原因导致 MAC 地址改变，只要它的 IP 地址不变，就仍可以加入原先设定的 VLAN。

       因此，与基于 MAC 地址的 VLAN 相比，能够更为简便地改变网络结构。IP 地址是 OSI 参照模型中第三层的信息，所以我们可以理解为基于子网的 VLAN 是一种在 OSI 的第三层设定访问链接的方法。

• （3）基于用户的 VLAN

       基于用户的 VLAN，则是根据交换机各端口所连的计算机上当前登录的用户，来决定该端口属于哪个 VLAN。这里的用户识别信息，一般是计算机操作系统登录的用户，比如可以是 Windows 域中使用的用户名。这些用户名信息，属于 OSI 第四层以上的信息。

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