基于VLAN聚合技术的以太网设计

赵艳春 张少芳 殷建刚

摘要：在局域网的搭建中，通常要划分多个VLAN。傳统上要为每个VLAN分配单独的IP网段，每个网段拥有独立的网络地址、广播地址和网关地址，有大量的IP地址浪费。基于IP地址节约的原则，采用典型以太网拓扑，对VLAN聚合技术进行了探讨。VLAN聚合技术可以通过Super-VLAN将多个Sub-VLAN进行聚合，使多个VLAN能够共享同一个逻辑IP网段，有效地实现了以太网中IP地址的节约。

关键词：VLAN；以太网；IP地址；端口；通信

中图分类号：TP393.1文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）05-68-3

0引言

在传统的以太网设计中，VLAN与子网是完全对应的。每一个VLAN都是一个独立的广播域，需要为其分配一个单独的IP地址子网网段[1]。当网络中VLAN的数量较多时，就需要为其划分出大量的子网网段。虽然可以利用可变长子网掩码（Variable-Length Subnet Masks，VLSM）技术来实现IP地址的节约，但每划分出一个子网，就需要占用至少3个IP地址分别作为网络地址、广播地址和网关地址，在一定程度上依然会造成IP地址的浪费[2]。另外，出于节约IP地址的目的，为各个VLAN划分的子网网段一般不会有太多的冗余IP地址，这也导致了VLAN的可扩展性不高。要从根本上解决该问题，就需要打破VLAN与子网之间的关联，在保持VLAN作为独立的广播域的同时，不再与逻辑IP子网进行对应，所用到的技术即VLAN聚合（VLAN Aggregation）技术[3]。

1 VLAN聚合

VALN聚合技术，通常也称为超级（Super）VLAN，是指在一个父VLAN下包括多个子VLAN，并允许多个VLAN使用同一个逻辑网段的IP地址[4]。为实现该功能，在VLAN聚合中，将VLAN划分成了2种不同的类型，分别如下：

（1）Super-VLAN

即“父VLAN”，只能在3层交换机上创建。Super-VLAN不包含任何物理端口，主要作用是关联Sub-VLAN并进行逻辑聚合，提供相应的3层虚接口地址作为它所聚合的Sub-VLAN中主机的网关地址。

（2）Sub-VLAN

即“子VLAN”，可以在2层或3层交换机上创建。Sub-VLAN负责交换机物理端口的接入，但不能创建相应的3层虚接口。多个Sub-VLAN被关联到同一个Super-VLAN中，并共用Super-VLAN的3层虚接口的地址作为网关地址，即多个Sub-VLAN中的主机实际上使用同一个逻辑网段的IP地址。需要注意的是，关联在同一个Super-VLAN中的多个Sub-VLAN彼此之间依然处于2层隔离状态，无法进行直接通信[5]。

2 VLAN聚合技术实现

典型的局域网汇聚层交换机与接入层交换机连接拓扑如图1所示。假设该网段能拥有192.168.1.0/24的网络地址，交换机SW1和SW2上分别配置VLAN10和VLAN20，这2个VLAN作为Sub-VLAN，所有主机均使用网段192.168.1.0/24中的IP地址，交换机CoreSwitch上的VLAN100作为Super-VLAN，为其聚合的Sub-VLAN提供网关。

通过对比可以发现，使用VLAN聚合技术，该网段主机可用IP地址为192.168.1.1～192.168.1.253，共253个。而传统VLAN技术中，主机可用IP地址为192.168.1.1～192.168.1.125，192.168.1.129～192.168.1.253，共250个。在实际的网络规划中，VLAN数目是比较多的。VLAN数目越多，VLAN聚合技术在IP地址节约和VLAN可扩展性方面的优势就越突出。

4结束语

VLAN聚合技术通过Super-VLAN为多个Sub-VLAN配置使用同一个逻辑网段的IP地址，打破了传统上VLAN与逻辑IP网段之间的关联，有效地实现了IP地址的节约，同时也提高了VLAN的可扩展性。

参考文献

[1]华为技术有限公司.HCNP路由交换学习指南[M].北京：人民邮电出版社，2017.

[2]秦文江，胡阔见.双线路下网络架构设计与应用[J].计算机与网络，2018，44（16）：63-65.

[3]华为技术有限公司.HCNP路由交换实验指南[M].北京：人民邮电出版社，2017.

[4]王光辉.基于三层交换的两种VLAN间通信的设计与实现[J].信息通信，2019（8）：106-108.

[5]李景宇，刘晓华，谢旭生.三层交换机中VLAN技术的运用实践探究[J].网络安全技术与应用，2019（4）：13-14.

[6]田庚林，张少芳，田华，等.小型网络组网技术[M].北京：清华大学出版社，2018.