vlan技术在宽带接入系统中的应用

１ 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。
　　２ 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（Ｖｉｒｔｕｒｅ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）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。
　　３ 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。
　　４ 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。