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VLAN技术在宽带接入系统的实际应用

IT知识VLAN

网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术，它把互联网上分散的资源融为有机整体，实现资源的全面共享和有机协作，使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息 。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等 。当前的互联网只限于信息共享，网络则被认为是互联网发展的第三阶段 。引言
实现宽带接入的技术有很多种，其中FTTｘ＋LAN的方案是目前最热门的几种技术之一 。
所谓FTTｘ＋LAN技术，就是在光纤到小区的基础上，采用计算机局域网接入终端用户，利用光纤加5类线，以及以太网交换技术，实现“千兆到小区、百兆到大楼、十兆到家庭” 。这种宽带建设方案可提供基于IP技术的多种宽带业务 。但是，由于FTTｘ＋LAN是基于共享机制的以太网技术，在组网、计费、安全性和可管理性方面都暴露出严重的不足 。电信运营商发现了以下一些问题 。
1、网络安全性问题：一些恶意用户通过修改IP地址或MAC地址等方式，对网络进行攻击，造成网络瘫痪或其他用户的业务无法正常运行 。
2、用户数据的隔离问题：社区中用户之间的计算机内部通信一般较少，为了保证数据的安全、方便接入控制和计费等，要求所有数据均送往ZAN Zoor Access Network小区接入网侧的多层交换机处理 。
3、用户业务的服务质量保证问题（QoS）：目前的以太网仅仅提供尽力而为的机制，拥塞时难以满足实时业务的要求 。
4、用户管理问题 。
5、用户计费、认证问题 。
此外，还有如何节省公网的合法IP地址、BAN设备电源远供等问题 。本文的重点在于通过VLAN技术，提出了对网络安全、数据隔离和用户管理方面的解决方案 。
VLAN技术介绍
FTTｘ＋LAN方案的基本结构如下：在住宅小区建立千兆以太网交换机（ZAN设备），在楼内设立二层以太网交换机，通过100 Mbit/s光口上连至ZAN设备 。为了保证用户的信息安全，电信部门要求宽带接入设备各端口之间实现信息隔离，即任何两端口之间的信息交换必须通过ZAN设备才能完成 。而目前采用以太网交换机芯片设计的宽带接入设备，需要依靠多层VLAN技术来实现隔离 。
LAN最原始的定义是位于同一建筑、同一大学或方圆几公里的地域内的专用网络 。现在，LAN通常被定义为单一的广播域 。也就是说，用户的广播信息将被LAN上的每一个用户接收，但是不能传出此广播域之外 。一般来讲，广播域依赖于物理连接，但是VLAN技术却改变了这一点 。VLAN技术允许网络管理者将一个LAN从逻辑上划分为几个不同的广播域 。这是一个逻辑上的划分，不是物理上的划分 。属于同一个VLAN上的用户，可以分布在不同的地方，而不必集中在一起 。VLAN技术主要有以下的特性 。
1、简化了终端的删除、增加和改动操作 。当一个终端从物理上移动到一个新的位置，它的特征可以从网络管理工作站中重新定义 。而对于仅在同一VLAN中移动的终端来说，它仍然保持以前定义的特征 。
2、控制通信活动 。广播、多播通信被限制在VLAN内部，属于同一VLAN的终端才能接收到这些信息 。
3、提高了工作组和网络的安全性 。将网络划分为不同的域可以增加安全性，通过控制VLAN的大小和组成，可以限制同一广播域的用户数量 。
充分利用VLAN的功能，灵活地设计VLAN的结构，可以改善FTTｘ＋LAN宽带接入技术中由于以太网的共享性而带来的一系列问题 。
VLAN技术在FTTｘ＋LAN方案中的应用
BAN设备目前一般选用的是具有多重VLAN功能的二层C2以太网交换机，交换机支持基于端口和802.1Q协议的大容量的VLAN 。为了实现端口数据隔离，我们可以将交换机的端口全部定义为untaged端口，并且每个端口划分为一个独立的基于端口的VLAN 。因此，各个端口在接收数据包时，自动会给无802.1Q标签的数据包加上带有基于端口VLAN ID的标签 。由于不同端口属于不同的VLAN，所以数据包不能在二层交换机内部直接转发给其他端口，VLAN之间的通信只有通过ZAN侧的多层交换机路由后才能完成，这样就解决了BAN侧数据隔离的问题 。
由于每个端口分配了不同的VLAN ID，在以太网中每一帧的标签中都有不同的VLAN ID，ZAN侧的设备可以通过它来识别数据包是从BAN侧设备的哪一个端口发送来的，从而通过查询ZAN设备中端口、MAC、IP地址的绑定关系表，实现用户的接入控制、计费和管理，提高了网络的安全性 。
有时BAN侧的二层交换机上几个用户需要组成一个传统意义上的VLAN，这就需要二层交换机支持多层VLAN，即每个untaged端口除了支持基于端口的VLAN以外，还要支持基于802.1Q的VLAN 。
小结
综上所述，采用多层VLAN技术，可以实现端口的数据隔离，提高网络安全性，方便电信部门对用户的管理 。如果二层交换机支持IGMP SNOOPING，就可以实现multicast功能 。不足之处在于，提供给用户的端口必须为untaged端口，这对今后发展基于802.1Q不同优先级的多业务接入，实现用户业务质量保证有一定的影响；而且用VLAN实现数据隔离使得交换机的设置、管理较为复杂 。

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