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摘要:鑒于當(dāng)前業(yè)界VLAN發(fā)展的趨勢,考慮到各種VLAN劃分方式的優(yōu)缺點(diǎn),為了最大程度上地滿足用戶在具體使用過程中需求,減輕用戶在VLAN的具體使用和維護(hù)中的工作量,Quidway S系列交換機(jī)采用根據(jù)端口來劃分VLAN的方法。
關(guān)鍵詞:VLAN,VLAN聚合,PVLAN,GVRP,VTP
1、VLAN概述
VLAN(Virtual Local AreaNetwork)即虛擬局域網(wǎng),是一種通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新興技術(shù)。IEEE于1999年頒布了用以標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實(shí)現(xiàn)方案的802.1Q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案。
VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議,它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭,用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組,限制不同工作組間的用戶二層互訪,每個(gè)工作組就是一個(gè)虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播范圍,并能夠形成虛擬工作組,動態(tài)管理網(wǎng)絡(luò)。
2、VLAN在交換機(jī)上的實(shí)現(xiàn)方法,可以大致劃分為4類 :
(1)、 基于端口劃分的VLAN
這種劃分VLAN的方法是根據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的端,口來劃分,比如Quidway S3526的1~4端口為VLAN 10,5~17為VLAN 20,18~24為VLAN 30,當(dāng)然,這些屬于同一VLAN的端口可以不連續(xù),如何配置,由管理員決定,如果有多個(gè)交換機(jī),例如,可以指定交換機(jī) 1的1~6端口和交換機(jī) 2 的1~4端口為同一VLAN,即同一VLAN可以跨越數(shù)個(gè)以太網(wǎng)交換機(jī),根據(jù)端口劃分是目前定義VLAN的最廣泛的方法,IEEE 802.1Q規(guī)定了依據(jù)以太網(wǎng)交換機(jī)的端口來劃分VLAN的國際標(biāo)準(zhǔn)。
這種劃分的方法的優(yōu)點(diǎn)是定義VLAN成員時(shí)非常簡單,只要將所有的端口都指定義一下就可以了。它的缺點(diǎn)是如果VLAN A的用戶離開了原來的端口,到了一個(gè)新的交換機(jī)的某個(gè)端口,那么就必須重新定義。
(2)、基于MAC地址劃分VLAN
這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的MAC地址來劃分,即對每個(gè)MAC地址的主機(jī)都配置他屬于哪個(gè)組。這種劃分VLAN的方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是當(dāng)用戶物理位置移動時(shí),即從一個(gè)交換機(jī)換到其他的交換機(jī)時(shí),VLAN不用重新配置,所以,可以認(rèn)為這種根據(jù)MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN,這種方法的缺點(diǎn)是初始化時(shí),所有的用戶都必須進(jìn)行配置,如果有幾百個(gè)甚至上千個(gè)用戶的話,配置是非常累的。而且這種劃分的方法也導(dǎo)致了交換機(jī)執(zhí)行效率的降低,因?yàn)樵诿恳粋€(gè)交換機(jī)的端口都可能存在很多個(gè)VLAN組的成員,這樣就無法限制廣播包了。另外,對于使用筆記本電腦的用戶來說,他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換,這樣,VLAN就必須不停的配置。
(3)、基于網(wǎng)絡(luò)層劃分VLAN
這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)層地址或協(xié)議類型(如果支持多協(xié)議)劃分的,雖然這種劃分方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址,比如IP地址,但它不是路由,與網(wǎng)絡(luò)層的路由毫無關(guān)系。它雖然查看每個(gè)數(shù)據(jù)包的IP地址,但由于不是路由,所以,沒有RIP,OSPF等路由協(xié)議,而是根據(jù)生成樹算法進(jìn)行橋交換。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是用戶的物理位置改變了,不需要重新配置所屬的VLAN,而且可以根據(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN,這對網(wǎng)絡(luò)管理者來說很重要,還有,這種方法不需要附加的幀標(biāo)簽來識別VLAN,這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的通信量。
這種方法的缺點(diǎn)是效率低,因?yàn)闄z查每一個(gè)數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)層地址是需要消耗處理時(shí)間的(相對于前面兩種方法),一般的交換機(jī)芯片都可以自動檢查網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)禎頭,但要讓芯片能檢查IP幀頭,需要更高的技術(shù),同時(shí)也更費(fèi)時(shí)。當(dāng)然,這與各個(gè)廠商的實(shí)現(xiàn)方法有關(guān)。
4、根據(jù)IP組播劃分VLAN
IP 組播實(shí)際上也是一種VLAN的定義,即認(rèn)為一個(gè)組播組就是一個(gè)VLAN,這種劃分的方法將VLAN擴(kuò)大到了廣域網(wǎng),因此這種方法具有更大的靈活性,而且也很容易通過路由器進(jìn)行擴(kuò)展,當(dāng)然這種方法不適合局域網(wǎng),主要是效率不高。
VLAN技術(shù)簡介
因?yàn)閂LAN技術(shù)與局域網(wǎng)技術(shù)息息相關(guān),所以在介紹VLAN之前,我們首先來了解一下局域網(wǎng)的有關(guān)知識。
局域網(wǎng)(LAN)通常被定義為一個(gè)單獨(dú)的廣播域,主要使用Hub,網(wǎng)橋,或交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接同一網(wǎng)段內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)。同處一個(gè)局域網(wǎng)之內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間可以不通過網(wǎng)絡(luò)路由器直接進(jìn)行通信;而處于不同局域網(wǎng)段內(nèi)的設(shè)備之間的通信則必須經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)路由器。
圖一所示為使用路由器構(gòu)建的典型的局域網(wǎng)環(huán)境。
圖一所示網(wǎng)絡(luò)中,通過使用路由器劃分出不同的局域網(wǎng)段。其中,位于圓形區(qū)域之內(nèi)的部分就是一個(gè)個(gè)相互獨(dú)立的局域網(wǎng)段。為了便于在本文中進(jìn)行說明,我們?yōu)椴煌木W(wǎng)段進(jìn)行了編號。需要注意的一點(diǎn)就是,每一個(gè)局域網(wǎng)所連接的路由器接口都屬于該局域網(wǎng)廣播域的一部分。
隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展,接入設(shè)備逐漸增多,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜,必須使用更多的路由器才能將不同的用戶劃分到各自的廣播域中,在不同的局域網(wǎng)之間提供網(wǎng)絡(luò)互連。
這樣做的一個(gè)缺陷就是隨著網(wǎng)絡(luò)中路由器數(shù)量的增多,網(wǎng)絡(luò)時(shí)延逐漸加長,從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度的下降。這主要是因?yàn)閿?shù)據(jù)在從一處局域網(wǎng)傳遞到另一處局域網(wǎng)時(shí),必須經(jīng)過路由器的路由操作,路由器根據(jù)數(shù)據(jù)包中的相應(yīng)信息確定數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址,然后再選擇合適的路徑轉(zhuǎn)發(fā)出去。
VLAN,又稱虛擬局域網(wǎng),是由位于不同物理局域網(wǎng)段的設(shè)備組成。雖然VLAN所連接的設(shè)備來自不同的網(wǎng)段,但是相互之間可以進(jìn)行直接通信,好像處于同一網(wǎng)段中一樣,由此得名虛擬局域網(wǎng)。相比較傳統(tǒng)的局域網(wǎng)布局,VLAN技術(shù)更加靈活。為了創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò),需要對已有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
還是連接相同的網(wǎng)絡(luò)終端,通過如圖所示的交換網(wǎng)絡(luò)提供了同樣的網(wǎng)絡(luò)連接。雖然圖二所示的網(wǎng)絡(luò)比起圖一所示網(wǎng)絡(luò)在速度和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延方面都有了很大的改進(jìn)和提高,但是同樣存在一些不足。其中,最突出的一點(diǎn)就是現(xiàn)在所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都處于同一個(gè)廣播域內(nèi),大大增加了網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備之間的數(shù)據(jù)流量。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)充,很有可能出現(xiàn)廣播風(fēng)暴,導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)無法使用。
VLAN技術(shù)入門
VLAN是英文Virtual LocalArea Network的縮寫,即虛擬局域網(wǎng)。一方面,VLAN建立在局域網(wǎng)交換機(jī)的基礎(chǔ)之上;另一方面,VLAN是局域交換網(wǎng)的靈魂。這是因?yàn)橥ㄟ^VLAN用戶能方便地在網(wǎng)絡(luò)中移動和快捷地組建寬帶網(wǎng)絡(luò),而無需改變?nèi)魏斡布屯ㄐ啪€路。這樣,網(wǎng)絡(luò)管理員就能從邏輯上對用戶和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行分配,而無需考慮物理連接方式。 VLAN充分體現(xiàn)了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要特征:高速、靈活、管理簡便和擴(kuò)展容易。是否具有VLAN功能是衡量局域網(wǎng)交換機(jī)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)的虛擬化是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的潮流。
VLAN與普通局域網(wǎng)從原理上講沒有什么不同,但從用戶使用和網(wǎng)絡(luò)管理的角度來看,VLAN與普通局域網(wǎng)最基本的差異體現(xiàn)在:VLAN并不局限于某一網(wǎng)絡(luò)或物理范圍,VLAN中的用戶可以位于一個(gè)園區(qū)的任意位置,甚至位于不同的國家。
VLAN具有以下優(yōu)點(diǎn):
控制網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴
采用VLAN技術(shù),可將某個(gè)交換端口劃到某個(gè)VLAN中,而一個(gè)VLAN的廣播風(fēng)暴不會影響其它VLAN的性能。
確保網(wǎng)絡(luò)安全
共享式局域網(wǎng)之所以很難保證網(wǎng)絡(luò)的安全性,是因?yàn)橹灰脩舨迦胍粋€(gè)活動端口,就能訪問網(wǎng)絡(luò)。而VLAN能限制個(gè)別用戶的訪問,控制廣播組的大小和位置,甚至能鎖定某臺設(shè)備的MAC地址,因此VLAN能確保網(wǎng)絡(luò)的安全性。
簡化網(wǎng)絡(luò)管理
網(wǎng)絡(luò)管理員能借助于VLAN技術(shù)輕松管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。例如需要為完成某個(gè)項(xiàng)目建立一個(gè)工作組網(wǎng)絡(luò),其成員可能遍及全國或全世界,此時(shí),網(wǎng)絡(luò)管理員只需設(shè)置幾條命令,就能在幾分鐘內(nèi)建立該項(xiàng)目的VLAN網(wǎng)絡(luò),其成員使用VLAN網(wǎng)絡(luò),就像在本地使用局域網(wǎng)一樣。
VLAN的分類主要有以下幾種:
基于端口的VLAN
基于端口的VLAN是劃分虛擬局域網(wǎng)最簡單也是最有效的方法,這實(shí)際上是某些交換端口的集合,網(wǎng)絡(luò)管理員只需要管理和配置交換端口,而不管交換端口連接什么設(shè)備。
基于MAC地址的VLAN
由于只有網(wǎng)卡才分配有MAC地址,因此按MAC地址來劃分VLAN實(shí)際上是將某些工作站和服務(wù)器劃屬于某個(gè)VLAN。事實(shí)上,該VLAN是一些MAC地址的集合。當(dāng)設(shè)備移動時(shí),VLAN能夠自動識別。網(wǎng)絡(luò)管理需要管理和配置設(shè)備的MAC地址,顯然當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大,設(shè)備很多時(shí),會給管理帶來難度。
基于第3層的VLAN
基于第3層的VLAN是采用在路由器中常用的方法:IP子網(wǎng)和IPX網(wǎng)絡(luò)號等。其中,局域網(wǎng)交換機(jī)允許一個(gè)子網(wǎng)擴(kuò)展到多個(gè)局域網(wǎng)交換端口,甚至允許一個(gè)端口對應(yīng)于多個(gè)子網(wǎng)。
基于策略的VLAN
基于策略的VLAN是一種比較靈活有效的VLAN劃分方法。該方法的核心是采用什么樣的策略?目前,常用的策略有(與廠商設(shè)備的支持有關(guān)):
按MAC地址
按IP地址
按以太網(wǎng)協(xié)議類型
按網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用等
VLAN的標(biāo)準(zhǔn)
對VLAN的標(biāo)準(zhǔn),我們只是介紹兩種比較通用的標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)然也有一些公司具有自己的標(biāo)準(zhǔn),比如Cisco公司的ISL標(biāo)準(zhǔn),雖然不是一種大眾化的標(biāo)準(zhǔn),但是由于Cisco Catalyst交換機(jī)的大量使用,ISL也成為一種不是標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)了。
· 802.10VLAN標(biāo)準(zhǔn)
在1995年,Cisco公司提倡使用IEEE802.10協(xié)議。在此之前,IEEE802.10曾經(jīng)在全球范圍內(nèi)作為VLAN安全性的同一規(guī)范。Cisco公司試圖采用優(yōu)化后的802.10幀格式在網(wǎng)絡(luò)上傳輸FramTagging模式中所必須的VLAN標(biāo)簽。然而,大多數(shù)802委員會的成員都反對推廣802.10。因?yàn)?,該協(xié)議是基于FrameTagging方式的。
· 802.1Q
在1996年3月,IEEE802.1Internetworking委員會結(jié)束了對VLAN初期標(biāo)準(zhǔn)的修訂工作。新出臺的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善了VLAN的體系結(jié)構(gòu),統(tǒng)一了Fram-eTagging方式中不同廠商的標(biāo)簽格式,并制定了VLAN標(biāo)準(zhǔn)在未來一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展方向,形成的802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)界獲得了廣泛的推廣。它成為VLAN史上的一塊里程碑。802.1Q的出現(xiàn)打破了虛擬網(wǎng)依賴于單一廠商的僵局,從一個(gè)側(cè)面推動了VLAN的迅速發(fā)展。另外,來自市場的壓力使各大網(wǎng)絡(luò)廠商立刻將新標(biāo)準(zhǔn)融合到他們各自的產(chǎn)品中。
關(guān)于Trunk方式
---- Trunk是獨(dú)立于VLAN的、將多條物理鏈路模擬為一條邏輯鏈路的VLAN與VLAN之間的連接方式。采用Trunk方式不僅能夠連接不同的VLAN或跨越多個(gè)交換機(jī)的相同VLAN,而且還能增加交換機(jī)間的物理連接帶寬,增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的冗余。由于在基于交換機(jī)的VLAN劃分當(dāng)中,交換機(jī)的各端口分別屬于各VLAN段,如果將某一VLAN端口用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的級聯(lián),則該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的其他VLAN中的網(wǎng)絡(luò)終端就無法與隸屬于其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的VLAN網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行通信。有鑒于此,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的級聯(lián)必須采用Trunk方式,使得該端口不隸屬于任何VLAN,也就是說該端口所建成的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的級聯(lián)鏈路是所有VLAN進(jìn)行通信的公用通道。
VLAN新用途
雖然VLAN并非最好的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),但這種用于網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)邏輯分段的方法正為許多企業(yè)所使用。VLAN采用多種方式配置于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中,包括網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證、使無線用戶在802.11b接入點(diǎn)漫游、隔離IP語音流及在不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)等。
六年前引進(jìn)VLAN的時(shí)候,多數(shù)VLAN都是基于IEEE 802.1Q和802.1p標(biāo)準(zhǔn)的。802.1Q規(guī)范用于將VLAN用戶信息載入以太網(wǎng)幀,而802.1p使二層交換機(jī)具有流量優(yōu)先和實(shí)施動態(tài)多址濾波的能力。
當(dāng)初引進(jìn)VLAN時(shí),它被看作是一個(gè)簡化地址管理的方法,可以使IT人員在網(wǎng)絡(luò)的任意點(diǎn)對服務(wù)器和PC機(jī)進(jìn)行物理配置,并將PC機(jī)加入到組中。
多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟件可用于將媒體訪問控制(MAC)地址與VLAN相關(guān)聯(lián),當(dāng)客戶從一個(gè)端口移動到另一個(gè)端口時(shí),可以使其自動連接到網(wǎng)絡(luò)上。
VLAN的應(yīng)用
最近,休斯頓在4棟22層的建筑物中建立了網(wǎng)絡(luò)及其子網(wǎng),包括122個(gè)法庭、法律事務(wù)所和審判廳,這種建筑物非常適合建立VLAN,因?yàn)閷?22個(gè)私人子網(wǎng)合并到一個(gè)VLAN中要比將用戶插入端口組容易得多。
VLAN和靜態(tài)IP地址也可用于安全機(jī)制。所有工作于這里的客戶都分配了一個(gè)靜態(tài)IP地址,通過Alcatel的OmniSwitch路由器和OmniCore5052主干網(wǎng)交換器連接到網(wǎng)絡(luò)中。
這種配置方式使法官和律師在不同的法庭中都可以進(jìn)行工作。這種設(shè)置可控制許可用戶的訪問權(quán)限以及限制未注冊用戶的訪問,因而可以提供安全性。接入網(wǎng)絡(luò)的唯一方法就是必須擁有一個(gè)IP地址,而且這些PC機(jī)都連接在其中的一個(gè)VLAN上。
VLAN的漫游功能
Massachusetts的/pidgewater州立學(xué)院配置了100多個(gè)Enterasys公司的RoamAbout 802.11b/a無線接入點(diǎn),因而學(xué)生在整個(gè)校園中都可以訪問Web和E-mail。
如果沒有對無線流量進(jìn)入自己的VLAN進(jìn)行隔離,那么對于希望在校園范圍內(nèi)保持網(wǎng)絡(luò)連接的移動用戶來說,它將成為一場噩夢。將所有的無線流量置于一個(gè)VLAN中,可以確保當(dāng)用戶從一個(gè)接入點(diǎn)移動到另一個(gè)接入點(diǎn)時(shí)不會掉線。而實(shí)際上當(dāng)整個(gè)校園中配置的Enterasys接入點(diǎn)只有150英尺的范圍時(shí),這種情況很容易發(fā)生。
在宿舍、教室和管理機(jī)構(gòu)中,利用Cisco和Enterasys混合的可堆疊交換器來連接到無線接入點(diǎn)。克服了一些交叉廠商的VLAN配置問題之后,現(xiàn)在可以在校園的任意地方漫游,無論是連接到Cisco還是Enterasys交換器上,都可以保持連接在同一VLAN上。
VLAN管理
VLAN不僅可用于安全和網(wǎng)絡(luò)管理,對于混合型網(wǎng)絡(luò)的管理來說,它同樣不失為一個(gè)有益的工具。
有人利用Enterasys公司的SmartSwitch可堆疊交換器和SmartSwitch Router主干網(wǎng)交換器來在整個(gè)子網(wǎng)上建立VLAN,這些子網(wǎng)是運(yùn)行多種協(xié)議的。醫(yī)療數(shù)據(jù)庫建立在VAX小型機(jī)上,這種應(yīng)用運(yùn)行于遺留的DECnet協(xié)議之上。DECnet的確使用了大量的廣播流量,可將這些流量置于其自己的VLAN上,因而DECnet數(shù)據(jù)流只能夠到達(dá)一定的網(wǎng)段。
NetWare 4.11服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的情況與此類似。它只為Novell服務(wù)器及用戶創(chuàng)建獨(dú)立的IPX VLAN,這使多數(shù)基于IP和Windows NT/2000服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)不會陷入IPX和DECnet流量的海洋中。
隔離VoIP流量進(jìn)入VLAN也成為3Com、Cisco、Alcatel、Nortel和Avaya等IP電話廠商的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推薦。所有這些廠商的交換器和IP PBX設(shè)備都支持802.1Q技術(shù),這就隔離了IP語音流進(jìn)入其自己的VLAN。
廠商和用戶都認(rèn)為,在其虛擬段保持語音可能是非常有用的,作為一個(gè)隔離語音流的方法,它可以達(dá)到故障診斷的目的。如果有大流量的廣播或大的文件下載,它也能確保語音質(zhì)量不會下降。
如何在交換機(jī)上配置VLAN
我們知道,傳統(tǒng)的局域網(wǎng)Ethernet 使用具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問( CSMA / CD )方法。在CSMA / CD 網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)可以在它們有數(shù)據(jù)需要發(fā)送的任何時(shí)候使用網(wǎng)絡(luò)。在節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)之前,它進(jìn)行監(jiān)聽以了解網(wǎng)絡(luò)是否很繁忙。如果不是,則節(jié)點(diǎn)開始傳送數(shù)據(jù)。如果網(wǎng)絡(luò)正在使用,則節(jié)點(diǎn)等待。如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)聽,沒有聽到任何東西,而開始同時(shí)使用線路,則會出現(xiàn)沖突。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),它如果使用廣播地址,那么在此網(wǎng)段上的所有PC都將收到數(shù)據(jù)包,這樣一來如果該網(wǎng)段PC眾多,很容易引起廣播風(fēng)暴。而沖突和廣播風(fēng)暴是影響網(wǎng)絡(luò)性能的重要因素。為解 決這一問題,引入了虛擬局域網(wǎng)(VLAN的)概念。