基于VLAN的多层交换设计实现

基于VLAN的多层交换，是在局域网的多台交换机中选取一台或几台交换机作为中心(即Server),采用VTP(VLAN Trunk Protocol)建立、修改和删除VLAN。VLAN信息通过Trunk链路自动扩散到局域网中级连的交换机(即Client),使交换机保持相同的VLAN信息。

VTP技术

VTP提供了一种在交换机管理VLAN的方法。VTP被组织成管理域(VTP Domain),相同域中的交换机共享VLAN。根据交换机在VTP域中的作用不同，VTP可分为以下三种模式。

(1)服务器(Server)模式。

VTP服务器能创建、修改和删除VLAN,同时，变更后的VLAN信息会通告给域中的其他交换机。默认情况下，交换机是服务器模式。每个VTP域必须至少有一台交换机是服务器模式，域中的VTP服务器可以有多台。

(2)客户机(Client)模式。

VTP客户机不允许创建、修改和删除VLAN,但它会监听来自其他交换机的VTP通告，并更改自己的VLAN信息。接收到的VTP信息也会在Trunk链路上向其他交换机转发，因此，这种交换机还能充当VTP中继。

(3)透明(Transparence)模式。

这种模式的交换机不参与VTP,可在该模式的交换机上创建、修改和删除VLAN。更改的VLAN不会通告给其他交换机，也不会接受其他交换机通告的VLAN而更改自己的VLAN。但该模式的交换机会通过Trunk链路转发接收到的VTP通告，充当了VTP中继的角色，因此，将该模式称为透明模式。

MLS技术

多层交换(Multilayer Switching,MLS)为交换机提供基于硬件的第三层高性能交换。它采用先进的专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)交换部件完成子网间的IP包交换，可以大大减轻路由器在处理数据包时所引起的过高时间延迟。

MLS是一种用硬件处理包交换和重写帧报头，提高IP路由性能的技术。局域网多层交换技术支持路由协议(如IP/IPX),通过交换机的ASIC芯片实现数据帧转发和重写，以及IP包交换功能。MLS将传统路由器的包交换功能迁移到第三层交换机上，其条件是要求交换的路径必须存在。MLS主要由以下三个部分组成。

(1)多层路由处理器(MLS-RP)。

MLS-RP相当于网络中的路由器，负责处理每个数据流的第一个数据包，协助MLS交换引擎(MLS-SE)在第三层的CAM(Content AddressableMemory)中建立捷径条目(Shortcut Entry)。MLS-RP可以是一个外部的路由器，也可以由三层交换机的路由交换模块(RSM)来实现。

(2)多层交换的交换引擎(MLS-SE)。

MLS-SE负责处理转发和重写数据包的交换实体。

(3)多层交换协议(MLSP)。

MLSP是一个协议，用来通过多层路由处理器(MLS-RP)对多层交换引擎进行初始化。 交换机通过专业化硬件ASIC芯片进行“一次路由，多次交换”处理数据包，速度相当快，可以达到几十兆至几百兆比特，甚至达到吉比特。

VLAN间的信息传递

交换机必须有一种方式来了解VLAN的成员关系，即哪一个客户机属于哪一个虚拟网。否则，虚拟网就只能局限在单台交换机的应用环境里。为了使多个虚拟网能够部署在多台交换机级连的环境中，交换机采用了基于VLAN的信息传递技术。

(1)交换机列表支持方式(Table Maintenance)。

在这种方式下，当客户机第一次在网络上广播其存在时，交换机就在自己内置的地址列表中将客户机的MAC地址或交换机的端口号与所属虚拟网一一对应起来，并不断地向其他交换机广播。如果客户机的虚拟网成员身份改变了，交换机中的地址列表将由网络管理员在控制台上手动修改。随着网络规模的扩充，大量用来升级交换机地址列表的广播信息将导致主干网路上的拥塞。因此，这种方式在实际应用中不太普及。

(2)帧标签方式(Frame Tagging)。

帧标签是一种流行的VLAN技术，帧标签是在每个数据帧头位置插入一个标签，以标注该数据帧属于哪个虚拟网。目前，很多品牌交换机均采用帧标签方式。这种方式存在两个问题：其一，若不同品牌交换机的标签长度不一样，则它们之间不能互连；其二，数据帧加上标签后使交换机处理数据帧的负担加重了。

(3)时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)方式。

TDM在虚拟网上的实现方式与它在广域网上的实现方式非常类似。在这里，每个虚拟网都将拥有自己的网络通路。这样，在一定程度上避免了以上两种方式所遇到的问题。但另一方面，属于某一个虚拟网的时间片断只能被该虚拟网的成员使用。所以，仍然有很多带宽被浪费了。现在非常流行的ATM网络也允许内部的两个交换机之间交换虚拟网信息。 与上述三种方式都不同的是，ATM使用一种被称做局域网仿真(LAN Emulation,LANE)的技术来实现这项功能。

审核编辑：刘清