VLAN之间通信技术探析

1、VLAN之间通信技术探析摘要：VLAN间通过第三方的路由设备进行通信，有传统的路由器和带有路由功能的交换机-三层交换机 (Layer3Swicth)实现。传统路由器存在数据传输效率低、节点操作的复杂性无法降低和价格昂贵等局限性。三层交换机实现的VLAN间通信技术弥补、克服了传统的路由器的技术局限，与传统路由器结合应用，为VLAN技术开拓了更大的发展空间。关键词：VLAN；局域网间通信虚拟局域网(VLAN)技术是交换技术的重要组成部分，它将物理上直接相连的网络从逻辑上，划分成了多个子网，每一个VLAN对应着一个广播域或子网。物理层面它是由一组含有相同逻辑结构及需求，但与物理位置无关的主机，VLA

2、N间相互通信时，就相当于这些主机连在了同一条线缆之上，处于不同VLAN上的主机不能直接进行通信，需要引入路由技术或多层交换技术才可以解决。本文对以上的VLAN间相互通信技术展开探究。1.VLAN间的通信简析VLAN是由网络按逻辑分成的各个子网，即一个VLAN对应一个子网，网关为每个VLAN生成相应的子网接口，当各子网的主机间进行通信时，通过之间的网关进行转发，以实现VLAN间的通信，物理上由VLAN间具有路由功能的设备承担。路由设备较早主要由路由器承担，现在的局域网里更多的由带有路由功能的多层交换机-三层交换机 (Layer3Swicth)来实现。2.路由器实现的VLAN间通信技术分析2.1V

3、LAN间路由器通信技术原理VLAN间路由器通信通过添加 边界路由器来解决。VLAN间能使用一台路由器时，产生了路由选择的问题，因为传统路由器的每个物理接口只能支持一个子网或广播域，于是当面对众多的VLAN时，传统的路由器就必须通过增加以太网接口，为每个VLAN设置一条物理连接，但路由器以太网接口有限，且价格昂贵，于是必须采用TRUNK连接方式，即在在一条物理链路上传输不同VLAN的数据。其工作过程如下：(1)路由器通过TRUNK链路接收来自各个VLAN的数据包；(2)路由器确定数据包的目的IP地址，确定目的IP地址所在的VLAN，同时使用网络的VLANISL头对数据包封装；(3)路由器把数据包

4、通过和目的VLAN对应的接口进行发送。2.2VLAN间路由器通信的局限性VLAN间路由器通信的局限性是路由器的技术特性决定的,使其无法具有很高的信息吞吐量。对此分析如下：路由器在0SI七层网络模型的第三层-网络层操作，其对于任何一个运行的数据包均须进行拆包和打包的操作，同时路由器还要完成数据包过滤和压缩、协议转换、计算路由、甚至防火墙等许多工作，这占用于大量的CPU资源。且当流经路由器的流量超过其吞吐能力时，会引起路由器内部拥塞，持续拥塞会使转发的数据包延误，甚至丢失。以上的原因限制了其吞吐量，且其价格昂贵，使其成为网络瓶颈。因此，路由器存在:数据传输效率低;节点操作的复杂性无法降低;价格昂贵

5、、结构复杂等局限性。3. 多层交换机实现VLAN间通信3.1三层交换技术原理三层交换(PI交换技术)是相对于传统交换概念而言的，传统的交换技术是在数据链路层(网络模型中的第二层)进行操作，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现数据包的高速转发。一个具有三层交换功能的设备，是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，用基于第三层交换的VLAN技术改善局域网，它并不是简单地把路由设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上，而是二者的有机结合。基本的三层交换技术包括报文交换和流交换（FS），报文交换即业务流中的每一个报文都要经过第三层处理，即路由处理，并且业务流转发是基于第三层地址。流交换是分析流中的第一个

6、数据包，以便完成路由处理并基于第三层地址转发该数据包，同时缓存该数据流的路由信息。数据流的后续数据包直接在第二层进行交换而无须第三层处理。通常VLAN间的通信，采用流交换技术，以实现一次路由，多次交换。3.2三层交换的实现我们以CISCO公司的Catalyst5000/6000系列交换机为例，来探讨多层交换机对VLAN间通信的实现。该交换机包含组件如下:(1)多层路由处理器(MLS-RP)。其相当设于网络中的路由器，负责处理每个数据流的第一个数据包，协助MLS交换引擎(MLS一SE)在第三层的CAM中建立捷径条目；(2)多层交换的交换引擎(MLS-SE)。其是处理转发和重写数据包功能的交换实体

7、；(3)多层交换协议(MLSP)。它是MLS-Rp通告路由变化和VLANS参与MLS接口MAC地址的方法，运行于MLS-SE和MLS-RP之间，进行多层交换功能的启动。多层交换机实现VLAN间通信过程如下：第一步:发送MLSPHello信息多层路由处理器每15秒发送一个MLSPHello包，包内含VLAN标识和MAC地址信息。MLS-SE通过以上信息掌握到路由器的第二层属性。Hello包是周期性发送的，可以保证相关值动态地跟踪网络的变化和实现一定的淘汰机制第二步:标识候选包MLS-SE对进入交换机的数据包进行匹配判断，如果MLS缓存中含有与之匹配的捷径条目，则MLS-SE就旁路路由器而直接转发

8、该数据包;若MLS中不含与该数据包相匹配的捷径条目，则MLS-SE将它归为候选包，并在缓存中建立部分捷径。数据包采用传统的第二层交换机处理方式处理，并发往与之相连的路由器接口(网关)。候选包(帧)须满足:目标地址经过MLSP所列的路由器接口的一个MAC地址和不存在捷径条目。第三步:标识使能包路由器将数据包从交换机的某个接口转出，并将包封装为VLANZ帧通过ISL链路送回。此时，路由器已经重写第二层帧的帧头。同时，路由器不仅改写了ISL头的VLAN号，而且也修改了两个MAC地址域:源MAC改为路由器出口的MAC地址，目标MAC改为目标主机的MAC地址。这个修改后的数据包称为使能包。使能包到达交换

9、机交换引擎后，交换引擎根据使能包上目的地MAC地址，知道其往哪个接口转发出去，同时MLS-SE会建立一个捷径条目，该条目含该使能包的第四层协议类型，应用端口源目标IP地址，目标MAC地址，VLANID号，以及到达目的VLAN的交换机端口号等重写数据流中的后续包帧头所需的所有信息第四步，交换(转发)数据流中的后续包当后续的数据包送出后，MLS一SE利用数据包中的目标IP地址查找在第三步建立的完整捷径。地址匹配后，MLS一SE利用重写引擎修改帧头信息，然后直接转发给目的主机，而不发给路由器MLS一RP，从而实现了对后续数据包的第二层交换。4.结语虚拟局域网(VLAN)间通信技术由传统路由器向三层交换技术大规模转换，三层交换技术解决了局域网中网段划分之后，网段中的子网必须依赖路由器进行管理的局面;解决了传统路由器低速、复