简介
VLAN（虚拟局域网 Virtual Local Area Network）是对连接到的第二层交换机端口的网络用户的逻辑分段，不受网络用户的物理位置限制而根据用户需求进行网络分段。
一个VLAN可以在一个交换机或者跨交换机实现。VLAN可以根据网络用户的位置、作用、部门或者根据网络用户所使用的应用程序和协议来进行分组。基于交换机的虚拟局域网能够为局域网解决冲突域、广播域、带宽问题
我们知道两台计算机即使连接在同一台交换机上，只要所属的VLAN不同就无法直接通信
在LAN内的通信，必须在数据帧头中指定通信目标的MAC地址。而为了获取MAC地址，TCP/IP协议下使用的是ARP。ARP解析MAC地址的方法，则是通过广播。
也就是说，如果广播报文无法到达，那么就无从解析MAC地址，亦即无法直接通信
计算机分属不同的VLAN，也就意味着分属不同的广播域，自然收不到彼此的广播报文。因此，属于不同VLAN的计算机之间无法直接互相通信。
为了能够在VLAN间通信，需要利用OSI参照模型中更高一层——网络层的信息（IP地址）来进行路由
路由功能，一般主要由路由器提供。但在今天的局域网里，我们也经常利用带有路由功能的交换机（三层交换机 Layer 3 Switch）来实现
使用路由器进行VLAN间路由
路由器和交换机的接线方式，大致有以下两种：
- 将路由器与交换机上的每个
VLAN分别连接 - 不论
VLAN有多少个，路由器与交换机都只用一条网线连接
如下图所示，交换机上有2个VLAN，那么就需要在交换机上预留2个端口用于与路由器互联，路由器上同样需要有2个端口，两者之间用2条网线分别连接
如果采用这个办法，大家应该不难想象它的扩展性很成问题。每增加一个新的VLAN，都需要消耗路由器的端口和交换机上的访问链接，而且还需要重新布设一条网线。
而路由器通常不会带有太多LAN接口。新建VLAN时，为了对应增加的VLAN所需的端口，就必须将路由器升级成带有多个LAN接口的高端产品，这部分成本、还有重新布线所带来的开销，都使得这种接线法成为一种不受欢迎的办法
第二种办法“不论VLAN数目多少，都只用一条网线连接路由器与交换机”。当使用一条网线连接路由器与交换机、进行VLAN间路由时，需要用到汇聚链接
首先将用于连接路由器的交换机端口设为汇聚链接，而路由器上的端口也必须支持汇聚链路。双方用于汇聚链路的协议自然也必须相同。接着在路由器上定义对应各个VLAN的子接口（Sub Interface）。
尽管实际与交换机连接的物理端口只有一个，但在理论上我们可以把它分割为多个虚拟端口
VLAN将交换机从逻辑上分割成了多台，因而用于VLAN间路由的路由器，也必须拥有分别对应各个VLAN的虚拟接口
采用这种方法的话，即使之后在交换机上新建VLAN，仍只需要一条网线连接交换机和路由器。用户只需要在路由器上新设一个对应新VLAN的子接口就可以了。与前面的方法相比，扩展性要强得多，也不用担心需要升级LAN接口数不足的路由器或是重新布线
汇聚链路连接交换机与路由器示例
下面是6端口的交换机，划分两个VLAN，每个VLAN连接两台计算机
| 端口 | MAC | VLAN |
|---|---|---|
| 1 | A | 1 |
| 2 | B | 1 |
| 3 | C | 2 |
| 4 | D | 2 |
| 5 | - | - |
| 6 | R | 汇聚 |
红色VLAN（ID=1）的网络地址为192.168.1.0/24，蓝色VLAN（ID=2）的网络地址为192.168.2.0/24。各计算机的MAC地址分别为A/B/C/D，路由器汇聚链接端口的MAC地址为R。
交换机通过对各端口所连计算机MAC地址的学习，生成如下的MAC地址列表
下面分两种情况来讨论计算机之间是如何通信的，一种是VLAN内通信，一种是跨VLAN通信
- 计算机A与同一
VLAN内的计算机B之间通信
计算机A发出
ARP请求信息，请求解析B的MAC地址。交换机收到数据帧后，检索MAC地址列表中与收信端口同属一个VLAN的表项。结果发现，计算机B连接在端口2上，于是交换机将数据帧转发给端口2，最终计算机B收到该帧。收发信双方同属一个VLAN之内的通信，一切处理均在交换机内完成
- 计算机A与不同
VLAN计算机C之间通信
- 计算机A从通信目标的IP地址（
192.168.2.1）得出C与本机不属于同一个网段。因此会向设定的默认网关（Default Gateway，GW）转发数据帧。在发送数据帧之前，需要先用ARP获取路由器的MAC地址 - 得到路由器的MAC地址R后，接下来就是按图中所示的步骤发送往C去的数据帧。①的数据帧中，目标MAC地址是路由器的地址R、但内含的目标IP地址仍是最终要通信的对象C的地址
- 交换机在端口1上收到①的数据帧后，检索MAC地址列表中与端口1同属一个
VLAN的表项。由于汇聚链路会被看作属于所有的VLAN，因此这时交换机的端口6也属于被参照对象。这样交换机就知道往MAC地址R发送数据帧，需要经过端口6转发 - 从端口6发送数据帧时，由于它是汇聚链接，因此会被附加上
VLAN识别信息。由于原先是来自红色VLAN的数据帧，因此如图中②所示，会被加上红色VLAN的识别信息后进入汇聚链路。路由器收到②的数据帧后，确认其VLAN识别信息，由于它是属于红色VLAN的数据帧，因此交由负责红色VLAN的子接口接收 - 接着，根据路由器内部的路由表，判断该向哪里中继
- 由于目标网络
192.168.2.0/24是蓝色VLAN，且该网络通过子接口与路由器直连，因此只要从负责蓝色VLAN的子接口转发就可以了。这时，数据帧的目标MAC地址被改写成计算机C的目标地址；并且由于需要经过汇聚链路转发，因此被附加了属于蓝色VLAN的识别信息。这就是图中③的数据帧 - 交换机收到③的数据帧后，根据
VLAN标识信息从MAC地址列表中检索属于蓝色VLAN的表项。由于通信目标——计算机C连接在端口3上、且端口3为普通的访问链接，因此交换机会将数据帧除去VLAN识别信息后（数据帧④）转发给端口3，最终计算机C才能成功地收到这个数据帧
进行VLAN间通信时，即使通信双方都连接在同一台交换机上，也必须经过：发送方—>交换机—>路由器—>交换机—>接收方这样一个流程
三层交换机（Layer 3 Switch）
使用路由器进行VLAN间路由时的问题
我们知道只要能提供VLAN间路由，就能够使分属不同VLAN的计算机互相通信。但是，如果使用路由器进行VLAN间路由的话，随着VLAN之间流量的不断增加，很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈
交换机使用ASIC（Application Specified Integrated Circuit）专用硬件芯片处理数据帧的交换操作，在很多机型上都能实现以缆线速度（Wired Speed）交换
而路由器，则基本上是基于软件处理的。即使以缆线速度接收到数据包，也无法在不限速的条件下转发出去，因此会成为速度瓶颈
就VLAN间路由而言，流量会集中到路由器和交换机互联的汇聚链路部分，这一部分尤其特别容易成为速度瓶颈。并且从硬件上看，由于需要分别设置路由器和交换机，在一些空间狭小的环境里可能连设置的场所都成问题
三层交换机应用
为了解决上述问题，三层交换机应运而生。三层交换机本质上就是“带有路由功能的（二层）交换机”。路由属于OSI参照模型中第三层网络层的功能，因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。
关于三层交换机的内部结构，可以参照下面的简图：
在一台本体内，分别设置了交换机模块和路由器模块；而内置的路由模块与交换模块相同，使用ASIC硬件处理路由。因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽
- 三层交换机内部数据通信
它和使用汇聚链路连接路由器与交换机时的情形相同。
假设有如下图所示的4台计算机与三层交换机互联。当使用路由器连接时，一般需要在LAN接口上设置对应各VLAN的子接口；而三层交换机则是在内部生成VLAN接口（VLAN Interface）。VLAN接口，是用于各VLAN收发数据的接口
- 同一VLAN通信
首先是目标地址为B的数据帧被发到交换机，通过检索同一VLAN的MAC地址列表发现计算机B连在交换机的端口2上，因此将数据帧转发给端口2
- 不同VLAN通信
接下来设想一下计算机A与计算机C间通信时的情形。
- 针对目标IP地址，计算机A可以判断出通信对象不属于同一个网络，因此向默认网关发送数据
Frame 1 - 交换机通过检索MAC地址列表后，经由内部汇聚链接，将数据帧转发给路由模块。在通过内部汇聚链路时，数据帧被附加了属于
红色VLAN的VLAN识别信息Frame 2 - 路由模块在收到数据帧时，先由数据帧附加的
VLAN识别信息分辨出它属于红色VLAN，据此判断由红色VLAN接口负责接收并进行路由处理 - 因为目标网络
192.168.2.0/24是直连路由器的网络、且对应蓝色VLAN；因此，接下来就会从蓝色VLAN接口经由内部汇聚链路转发回交换模块 - 在通过汇聚链路时，这次数据帧被附加上属于
蓝色VLAN的识别信息Frame 3 - 交换机收到这个帧后，检索
蓝色VLAN的MAC地址列表，确认需要将它转发给端口3 - 由于端口3是通常的访问链接，因此转发前会先将
VLAN识别信息除去Frame 4。最终，计算机C成功地收到交换机转发来的数据帧
整体的流程，与使用外部路由器时的情况十分相似——都需要经过发送方->交换模块->路由模块->交换模块->接收方
