近來參加了不少醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)方案的討論和評標活動，在幾乎所有醫(yī)院的方案中都或多或少地采用了虛擬局域網(wǎng)(VLAN)技術(shù)，但筆者發(fā)現(xiàn)大多數(shù)方案中的VLAN設(shè)計都存在一個共同且致命的缺陷，那就是VLAN跨越網(wǎng)絡(luò)的核心。本文就這個問題談一談自己的看法，供同行們參考。

VLAN相互受影響

根據(jù)VLAN的定義和技術(shù)規(guī)范，VLAN不是由獨享的物理設(shè)備和物理鏈路搭建的物理子網(wǎng)或網(wǎng)段，VLAN與實實在在的物理子網(wǎng)的本質(zhì)區(qū)別在于，VLAN之間要共享物理設(shè)備和物理鏈路，因此，VLAN間就會通過所共享的設(shè)備和鏈路相互影響。這種影響是如何產(chǎn)生的呢?VLAN是通過將一個物理拓撲中的兩個或多個節(jié)點通過邏輯組合而形成的，要想實現(xiàn)這種邏輯的組合就必須使用支持VLAN的交換設(shè)備，但真正提供VLAN功能的是這些設(shè)備內(nèi)部的軟件。也就是說，VLAN所構(gòu)造的子網(wǎng)(廣播域)是軟件實現(xiàn)的，而不是由網(wǎng)絡(luò)拓撲所決定的。網(wǎng)絡(luò)拓撲僅對由軟件所建立的VLAN有所限制。

知道了VLAN的工作原理，就不難解釋VLAN間的影響了，同一交換機上的不同VLAN要共享交換機、要爭奪交換機的CPU和背板資源。VLAN對交換機和鏈路的共享可分為兩種類型:一種是“廣播共享”，即VLAN劃定的廣播域貫穿共享設(shè)備和鏈路(如圖1所示)，換句話說廣播共享是二層的共享。另一種我們稱之為“路由共享”，也可以說是三層共享，在這種類型的共享中，不同VLAN的數(shù)據(jù)包是以路由(三層交換)方式穿過交換機的(如圖2中虛線所示)，通過的包基本上不含有一般的廣播包(和特殊協(xié)議的廣播除外)。VLAN在“廣播共享”網(wǎng)絡(luò)資源時的相互影響要比“路由共享”時更大。

從圖1可清楚地看出所共享的網(wǎng)絡(luò)資源(交換機和鏈路)。在正常情況下，VLAN間的這種影響不被我們所注意，原因是共享的交換機有足夠的交換能力，鏈路不是很擁擠，但在某一VLAN出現(xiàn)異常時(如感染病毒或出現(xiàn)環(huán)路)情況就不同了。這時被感染VLAN(如VLAN1)中的大量數(shù)據(jù)幀將擠占該VLAN所及的所有交換機的CPU資源、背板帶寬，并長時間占用物理鏈路，其他VLAN(如VLAN2)中的設(shè)備盡管“看”不到出現(xiàn)異常VLAN中的數(shù)據(jù)幀，但其所依賴的網(wǎng)絡(luò)資源已被用盡，因此，VLAN1所覆蓋的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域就會出現(xiàn)異常。如果故障點發(fā)生在核心交換機附近，那么整個網(wǎng)絡(luò)就有可能癱瘓。這在各網(wǎng)絡(luò)拓撲層交換機的性能相差不多的情況下尤為嚴重。

三層共享有作用

由VLAN的性質(zhì)所決定，完全消除VLAN間的鏈路和設(shè)備的共享在理論上是不可能的。我們所做的努力只能盡量減少相互影響的范圍、降低相互影響的程度。如何做到這一點呢?在實踐中我們總結(jié)出如下原則:1)應盡量避免在同一交換機中配置多個VLAN;2)不同物理位置上的交換機上的端口盡量不要劃歸到同一個VLAN。前者較好理解，也容易實現(xiàn)，我們重點討論后者，即如何做到VLAN不跨越核心交換機和拓撲結(jié)構(gòu)的“層”。從圖1可以看出，由于VLAN1(VLAN2也是這樣)的范圍跨越了整個網(wǎng)絡(luò)，如果把所有VLAN的覆蓋面都限定在核心交換機的同一側(cè)，這些資源被共享的程度不就減輕了嗎?按此想法我們可以將圖1所示的網(wǎng)絡(luò)改變?yōu)閳D2所示的結(jié)構(gòu)。

由于在這種結(jié)構(gòu)中不存在跨越核心交換機的虛網(wǎng)，因此各VLAN的廣播包就不會穿過核心交換機，但這些廣播包卻均能到達核心交換機，同時核心交換機上還會有ACL允許的VLAN間的正常數(shù)據(jù)流(如圖2中的虛線所示)通過。很顯然，這時的核心交換機既阻擋了各VLAN的廣播包，又轉(zhuǎn)發(fā)了VLAN間的正常數(shù)據(jù)流，其被共享的形式由“廣播式”變成了“路由式”，受VLAN影響的程度變小。

有人可能會說，把核心交換機從二層提到了三層，性能會下降。這種說法無疑是正確的，但這點性能的降低對于當今的三層交換機所能提供的性能來說已經(jīng)算不得什么了。從圖2還可以看出，盡管受單個VLAN影響的程度和范圍均變小，但共享鏈路的長度和強度并沒有本質(zhì)的變化。

三層結(jié)構(gòu)最有效

細心的讀者可能還會發(fā)現(xiàn)，圖2所示網(wǎng)絡(luò)中的VLAN沒有體現(xiàn)VLAN技術(shù)的原始目的——不同物理位置上的計算機能像在同一物理網(wǎng)中一樣相互訪問。這個問題正是本文涉及的核心問題，也是針對規(guī)劃、部署VLAN提出的新觀點:在網(wǎng)絡(luò)中，特別是較大型網(wǎng)絡(luò)，不要企圖利用VLAN去實現(xiàn)不同物理位置上計算機的互聯(lián)互通，互通性要由路由策略去實現(xiàn)。這在以往會有些問題，但網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到今天，交換機與路由器間的差別變得越來越小，原來用二層實現(xiàn)的方法很多都能夠用三層技術(shù)所代替。用三層技術(shù)代替二層的功能有很多優(yōu)點，主要表現(xiàn)在:結(jié)構(gòu)更加清晰、控制更加豐富、擴展更加靈活、網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定、實現(xiàn)更加容易。

繼續(xù)分析圖2中所存在的問題不難看出，盡管核心交換機被共享的形式改變了，但仍存在受到各VLAN出現(xiàn)異常情況的影響。要想避免核心交換機受到各個VLAN的影響、減小影響范圍、避免全網(wǎng)癱瘓的發(fā)生，很容易想到在核心交換機和劃有VLAN的交換機之間加上一層，以隔離核心交換機和各個VLAN。這時就形成了目前較為流行的三層拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。

在三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，匯聚層與核心層之間的區(qū)域不再有VLAN，匯聚層交換機的VLAN也僅限于部分端口，這時匯聚層交換機成為被“路由共享”的交換機，而且這種“路由共享”比圖2的情況更弱。

如果使匯聚層交換機的性能遠高于接入層的交換機，那么由VLAN的廣播(多由病毒引起)所引起的整網(wǎng)癱瘓問題就基本解決了。

任何方案都具有利的一面和不利的一面，三層拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)也會帶來一些問題:1)利用一般的手段較難實現(xiàn)對各個VLAN進行集中式的遠程管理，對于這個問題的解決方案可充分利用網(wǎng)管軟件。2)由于VLAN數(shù)量的增多、路由協(xié)議等技術(shù)的引入，此時的網(wǎng)絡(luò)會比二層平面交換網(wǎng)絡(luò)要復雜，對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員的要求更高，管理維護成本會有所增加。

這兩點是大型網(wǎng)絡(luò)管理本身的要求，大型網(wǎng)絡(luò)的管理不可能不使用網(wǎng)絡(luò)管理工具，技術(shù)人員的缺乏更是各個企業(yè)都面臨的問題，對此有的專家提出了“IT物業(yè)”的理念，也許這就是將來解決這個問題的最終方案。

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