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在uClinux環(huán)境下實現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)
摘要：μClinux是近年發(fā)展起來的一種專用于微控制器領域的嵌入式Linux操作系統(tǒng)。虛擬局域網(wǎng)（VLAN）作為新興技術，是解決以太網(wǎng)廣播風暴和安全問題的一個重要策略。本文在對VLAN技術和μClinux操作系統(tǒng)分析的基礎上，給出在μClinux環(huán)境下VLAN的實現(xiàn)方式與過程。引言
虛擬局域網(wǎng)VLAN（Virtual Local Area Network）是指在交換局域網(wǎng)的基礎上，采用網(wǎng)絡管理軟件構建的可跨越不同網(wǎng)段、不同網(wǎng)絡的端到端的邏輯網(wǎng)絡。一個VLAN組成一個邏輯子網(wǎng)，即一個邏輯廣播域。它可以覆蓋多個網(wǎng)絡設備，允許處于不同地址位置的網(wǎng)絡用戶加入到一個邏輯子網(wǎng)中。使用VLAN最明顯的好處是，它可以控制廣播風暴，提高網(wǎng)絡的整體安全性，且在網(wǎng)絡管理上簡單、直觀。
ΜClinux是應用于微控制器領域的一種嵌入式Linux操作系統(tǒng)，它以優(yōu)異的性能及免費開放的代碼等優(yōu)點，博得了眾多嵌入式開發(fā)者的青睞。與過去基于RTOS，甚至沒有使用任何操作系統(tǒng)的嵌入式程序設計相比，基于Linux這樣成熟、高效、健壯、可靠、模擬化及易于配置的操作系統(tǒng)來開發(fā)自己的應用程序，無疑能提高效率，并且有很好的可移植性。
1 VLAN實現(xiàn)原理
1.1 VLAN的幀格式
VLAN采用多種方式配置于企業(yè)網(wǎng)絡中，包括網(wǎng)絡安全論證、使無線用戶在802.11b接入點溫游、隔離IP語音流、壓縮視頻或音頻數(shù)據(jù)流的多址廣播及在不同協(xié)議的網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)等。VLAN的劃分一般基于以下3種：端口、MAC地址、路由。
VLAN通常基于IEEE802.1q和802.1p規(guī)范用于將VLAN用戶信息載入以太網(wǎng)幀；而802.1p使二層交換機具有流量優(yōu)先和實施動態(tài)多址濾波的能力。標準一直在修訂和完善之中，IEEE 802.1u和IEEE 802.1v就是2001年3月頒布的、對1998年版802.1q的修訂。
VLAN的幀格式與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)802.3幀格式有所不同，如圖1所示，是不包含802.1p和802.1q的802.3幀格式。包含802.1p和802.1q后的新802.3幀格式如圖2所示。
其中，TCI是Tag Control Info的縮寫，2字節(jié)。當設置為“8100”（hex）時，表明這一幀使用802.1p和802.1q標記；P是Priority，指示802.1p的優(yōu)先級別（0～7），占用3位；C是Canonical Indicator，指示以太網(wǎng)格式是否規(guī)范，規(guī)范用0表示，否則用1表示，占用1位；VLAN是VLAN Identifier(VID)，表明這一幀屬于哪一個VLAN（0～4095），占用12位。它們加在一起共4個字節(jié)。
1.2 μClinux及對VLAN的支持
μClinux最大的特征就是針對沒有內(nèi)存管理單元MMU的處理器設計的。它非常適合那些沒有MMU的處理器，如Motorola公司的M6828、M68EN322、MC68360；DragonBall系列的68EZ328、68VZ328；ColdFire系列如5272、5307，ARM7TDMI和MC68EN302、ETRAX、Intel i960、PTISMA、Atari 68k等。ΜClinux對Linux內(nèi)核的源代碼進行了重新編寫，以緊縮和裁減基本的代碼。所以它的內(nèi)核非常小，僅有512KB，加上相關的工碼。所以它的內(nèi)核非常小，僅有512KB，加上相關的工具還不到900KB但，μClinux仍然保持了Linux操作系統(tǒng)的主要優(yōu)點，如穩(wěn)定性好、有強大的網(wǎng)絡功能和出色的文件系統(tǒng)支持等能力。
在μClinux系統(tǒng)源代碼包內(nèi)的linux-2.4.x8021q目錄下，有vlan.c、vlan_dev.c等幾個關于VLAN運行及配置的源程序文件。它們針對VLAN幀做了代碼實現(xiàn)。在linux-2.4.x目錄下的if_vlan.h文件中，定義了VLAN處理的相關數(shù)據(jù)結構。只需利用μClinux可裁剪、可配置的特點，在make menuconfig…Customize Kernel Settings…Networking options以及在make menuconfig…Customize Vendor/User Settings…Network Applications下作相應配置，以及通過編寫makefile文件將這些文件編譯進內(nèi)核中即可。
2 VLAN實現(xiàn)
為了說明VLAN的實現(xiàn)過程，本文具體針對高速視頻流的網(wǎng)上傳輸完成了VLAN的實現(xiàn)。
2.1 網(wǎng)絡結構
由于VLAN是建立在物理網(wǎng)絡基礎上的一種邏輯子網(wǎng)，因此建立VLAN需要相應的支持VLAN技術的網(wǎng)絡設備。當網(wǎng)絡中不同VLAN間進行相互通信時，需要路由的支持。在本文中利用一臺裝有兩塊網(wǎng)卡的PC機作為服務器，運行Linux操作系統(tǒng)，并經(jīng)過相應的配置來完成器由功能。圖3所示為一網(wǎng)絡配置示意圖，所有設備及PC機均通過以太網(wǎng)接口RJ45接入局域網(wǎng)。PC機A和B是作為瀏覽器來觀察視頻圖像的，可選用。它們使用的網(wǎng)卡型號是10M/100M自適應網(wǎng)卡Realtek RTL8139（A）PCI Fast Ethernet Adapter。圖3中的device主要負責視
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