与许多网络技术一样，虚拟局域网已经进入工业设施。它通过满足网络管理员对流量管理和安全的双重需求，正成为一种关键工具。

　　自20世纪90年代后期起以来，虚拟局域网（VLAN）一直是现代网络策略的重要组成部分。在VLAN技术出现之前，若需对流量进行划分和隔离，网络工程师必须创建多个物理上独立的局域网。

　　VLAN允许工程师在数据链路层将终端设备分组到不同网段，将单个物理局域网划分为多个逻辑或虚拟局域网，每个局域网拥有独立的广播域。这种方式不仅将广播消息限制在特定设备范围内，还实现了对网络访问权限的精细化控制。

　　如今，VLAN已广泛用于中大型商业网络，可有效缓解流量拥堵、提升网络安全性，并简化网络的配置、管理与扩展。与许多网络技术一样， VLAN已应用于工业设施领域。在工业场景中，VLAN通过满足网络管理员对流量管理和安全防护的双重要求，正成为一种重要工具。

▲VLAN是物理网络基础设施内部相互隔离的虚拟网络，能够独立运行，如同一个自给自足的网络，拥有自身的一套规则、安全策略、网络资源以及广播域。图片来源：Antaira Technologies

　　简而言之，VLAN是在物理网络基础设施中创建的、相互隔离的虚拟网络。每个VLAN都像一个独立运行的网络，拥有自己的规则、安全策略、网络资源和广播域。根据部门、功能或安全需求等因素，设备被划分到不同的VLAN中。

　　为便于理解，以一家小型制造公司为例。该公司将其单一的物理局域网划分为三个相互隔离的VLAN网络，分别用于生产、销售和财务部门。为简化起见，我们假设每个部门各有2台网络设备，这些设备均连接至公司配置的12个端口且支持VLAN功能的管理型交换机。

　　VLAN的实施方式多样，具体取决于运营需求。最常用的是基于端口的VLAN，通过设备与交换机的物理端口连接进行分组；基于MAC地址的VLAN则根据设备MAC地址划分网络，以提供更高的灵活性；而基于协议的VLAN虽较少使用，但支持按网络协议细分流量，可实现更精准的流量管理。

　　在本例中，采用基于端口的VLAN实现方式：网络管理员通过交换机管理界面来创建新的 VLAN，即 VLAN 10 用于生产部门、VLAN 20 用于销售部门、VLAN 30 用于财务部门，并将12口交换机的端口分配至对应的VLAN。设备连接至所分配的VLAN端口后，管理员将其与相应的VLAN ID绑定。为标识VLAN流量，交换机会在IP层报头的帧中插入VLAN标签，每个VLAN具有唯一的12位VLAN ID（范围：1至4095），嵌入于VLAN标签中。

　　端口分为接入端口和干道端口两种类型。主机设备通过接入端口连接网络，接入端口通常属于单个VLAN，正如本例中的设置。而干道端口则可以被分配给多个VLAN，用于在单一物理连接上传输多个VLAN的流量。为实现这一功能，网络设备（如交换机或路由器）构建VLAN干道，这是一种能够同时承载多个VLAN的链路或连接。该操作被称为VLAN间路由，需要在路由器上为每个VLAN创建子接口，并为这些子接口分配独立的IP地址。

　　随着企业的不断发展壮大，新的网络段可以轻松添加至同一网络之中，或者对旧网络段进行重新配置，而无需扰乱整个网络架构或追加硬件投资。VLAN使得网络能够迅速且经济高效地实现扩展。

　　在工业控制系统中，连接数百个输入/输出（I/O）设备的情况十分常见。这些设备包括远程终端单元（RTU）、可编程逻辑控制器（PLC）、传感器、人机界面（HMI）、继电器，以及用于应用程序、工程设计、前端处理和数据存档的服务器等。

　　然而，随着设备数量的增加，广播消息的数量也会急剧上升，占用设备更多的处理带宽将导致网络拥塞并影响整体性能。在这种环境下， VLAN成为网络管理的重要工具，能够同时满足流量管理和安全防护的需求：

　　· 工业控制系统的流量管理：工业控制系统的响应能力和运营效率直接受网络流量管理效率的影响。通过将网络分段，VLAN能够有效减少不必要的广播流量，而这些流量在工业环境中可能造成严重的干扰。

　　通过VLAN的分段管理，关键应用程序可以在网络上更顺畅地运行，同时减少网络拥塞的发生。对于依赖控制指令和实时数据及时传输的实时控制系统，VLAN提供了为关键系统设置流量优先级的能力，从而确保系统的稳定运行。

　　· 工业控制系统的网络安全：通过将物理网络划分为多个相互隔离的虚拟网络， VLAN有助于实施网络安全策略、规范访问权限，并通过建立虚拟边界将恶意活动的传播限制在有限范围内。

　　工业控制系统通常包含多个不同系统和设备，其敏感程度和安全要求各不相同。管理员可以根据每个网段的具体需求定制安全措施，在不影响网络运营效率的前提下，提升整体安全态势。此外，通过设置VLAN，可以根据用户的角色和职责限制访问权限，从而降低内部威胁或无意中对关键系统造成干扰的可能性。

　　尽管VLAN具备诸多优势，但相较于大家更为熟悉的子网划分或路由技术，其配置和管理工作更为复杂。在工业控制系统上实施VLAN之前，必须全面了解系统的网络基础设施和运行要求。

　　首要步骤是进行网络评估。网络评估的第一步是识别关键资产，并确定使用VLAN对其进行分段的最佳方法。通过分析网络流量模式，可以明确哪些设备需要相互通信。为避免VLAN间路由延迟，应将实时通信设备连接到同一个VLAN。

　　需要注意的是，VLAN不受距离或物理位置的限制，属于同一VLAN的设备可以分布在工业控制系统的物理网络中，但仍能像连接到同一本地网络交换机一样正常运行。

　　在满足所有网络需求的同时避免过度复杂化可能是最具挑战性的任务之一。过于复杂的VLAN配置可能增加管理和监控的难度，从而引发潜在的安全漏洞。

　　一旦VLAN配置完成，定期更新和检查配置就显得尤为重要。在工业控制系统环境中，设备的添加、现有设备的重新利用等变化，都需要对VLAN设置进行相应调整，以确保网络的持续优化和安全。

　　VLAN是物理网络基础设施内部相互隔离的虚拟网络，能够独立运行，如同一个自给自足的网络，拥有自身的一套规则、安全策略、网络资源以及广播域。支持VLAN功能的管理型以太网交换机，能够将任意规模的网络划分为逻辑上相互隔离的网段。这种划分无需部署新的电缆或网络设备，也无需将网络节点迁移到其他地方或重新布线。