why virtual local area networks (VLANs) are often used in an enterprise network?

虛擬區網 (VLAN, Virtual Local Area Network) 為一種高階交換器 (high-end switch) 功能，其特色包含如下：

1. 可依須求，將交換器某連接埠 (port)，綁定到某網段 (VLAN ID)，凡連線此連接埠之設備流量，將歸屬該網段。也可將某網卡 MAC 住址，綁定到某網段 (VLAN ID)，凡該網卡進來之流量，將歸屬該網段。
2. 只有歸屬同一個 VLAN ID 的終端設備，才能收到彼此廣播 (broadcast) 及單播 (unicat) 訊息。
3. 若依部門分配 VLAN ID，有助於部門內安全互通，不受其他部門干擾。
4. 交換器連接埠分成存取埠 (access port) 及骨幹埠 (trunk port)。存取埠 負責連到終端設備，須設定屬於哪個網段 (VLAN ID)。骨幹埠 負責連到其他交換器 (switch) 或路由器 (router)，會在傳送接收訊框 (frame) 時，利用額外添加的特定標籤 (tag) ，區別訊框所屬 VLAN ID，故可同時傳送接收各虛擬區網訊息。

另外，虛擬區網 遇不同 VLAN 網段 須要交換資訊時，必須透過 VLAN 網段的對外閘道器 (gateway) 繞送封包。為節省介面成本，常將 路由器區網介面 切割成很多 子介面 (subinterface)，每個子介面對應一個 VLAN 網段的對外閘道器。

動態骨幹協定 (DTP, Dynamic Trunking Protocol) 為思科專屬協定，在思科 Catalyst 2960 和 Catalyst 3650 觸媒系列交換器上會自動啟用，依連線雙方的組態匹配，加速連接埠決定要當成 存取埠 或 骨幹埠 使用。

又企業常使用第 3 層交換器 (Layer 3 Switch)，其支援硬體式交換，可達到比路由器更高的封包處理速率。在第3層交換器上，設定 VLAN 路由時，不須切割子介面，只要在各虛擬區網介面 (vlan interface) 設定其閘道IP住址，再啟動路由繞送 (ip routing) 功能即可。

why use high-end switches in an enterprise LAN environment?

企業 (enterprise) 若在區網 (LAN, Local Area Network) 使用第1層 (OSI Model Layer 1) 集線器 (Hub, Repeater, Concentrator) 設備互連，其缺點是整個集線器連線的設備同屬一個踫撞區域 (Collision Domain)，任一組網卡佔住頻寬講話，其他網卡就只能旁聽等候，集線器一次只允許一組網卡對談。

企業若在區網使用第2層 (OSI Model Layer 2) 交換器 (Switch, Bridge) 設備互連的好處是，由於交換器會學習 MAC住址表 (Media Access Control Address Table)， 記錄每個 MAC 住址曾出現於哪個交換器連接埠出口，因此，若去處 MAC 住址所在的出口不衝突，交換器一次允許多組網卡同時間對談。

如上所述，針對1對1單播訊框 (Unicast Frame)，企業若在區網內使用交換器，於收到訊框 (frame) 時，依照其去處 MAC 住址 (Destination MAC Address) 欄位值，決定訊框轉送的連接埠出口，將可提升同時間會談量，達成增加頻寬效果。這效果乍看不錯，但其實是所有第2層交換器設備的基本功能。至於較高階的交換器 (high-end switch)，其實還支援延伸樹協定 (STP, Spanning Tree Protocol)，及虛擬區網 (VLAN, Virtual Local Area Network) 功能。上述這3種功能有一共通特色，就是皆可以為區網流量 (traffic) 作適當分隔，讓流量儘量只往該去的路線送，不讓不該看的人看到。

簡言之，企業在區網內會使用較高階的交換器，可歸結原因為其看重如下3種分隔區網流量功能:
1. 支援 MAC 住址表，可依照去處 MAC 住址，決定訊框轉送出口，提升同時間會談數。
2. 支援延伸樹 STP 協定，遇多部交換器串接時，可決定各連接埠暫時開啟或關閉傳送功能，不會出現迴路造成廣播風暴。
3. 支援虛擬區網 VLAN 功能，可任意跨交換器轉送訊框給相同 VLAN 接收者，不擔心資料外洩給其他 VLAN 用戶。

以上相關功能可參考下文進一步說明:

1. Blogger: why the spanning tree protocol (STP) is needed in a higher-end switch?
2. Blogger: why virtual local area networks (VLANs) are often used in an enterprise network?

three kinds of traffic segmentation functions on a switch

企業在區網內會使用較高階的交換器，主要看重其3種分隔流量的功能:

1. 針對1對1單播訊框 (unicast frame)，可依照訊框的去處網卡住址，又稱媒介存取控制 (mac) 住址，決定訊框將轉送到交換器的哪一個出口，以提升交換器同時間的會談 (session) 數量。
2. 針對1對多廣播訊框 (broadcast frame)，可依照延伸樹 STP 協定，決定交換器的哪一個連接埠 (switch port) 須暫時性開啟或關閉傳送功能，以防止廣播風暴 (broadcast storm)。
3. 擁有虛擬區網 VLAN 功能，可跨越互連的交換器，將訊框轉送給所有相同 VLAN 的接收者，不擔心資料會外洩給其他 VLAN 用戶看到。

以上相關功能可參考下文進一步說明:

1. Blogger: why use high-end switches in an enterprise LAN environment?
2. Blogger: why the spanning tree protocol (STP) is needed in a higher-end switch?
3. Blogger: why virtual local area networks (VLANs) are often used in an enterprise network?