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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