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引言
局域网(LAN)是一种专用网络，通常局限于一个工厂的范围。虚拟局域网(VLAN)允许将一个物理上的单网络分割为若干个较小的逻辑LAN。VLAN限制广播域，提高安全性和改进性能，是用于从IT系统分离工业自动化系统的理想方案。
结构化的接线
从现场总线技术迁移到工业以太网的优点之一可从评论“我们的工厂早已接线到以太网。我不需要敷设专门的接线，因为双绞线早已存在”中找到。这就是事实，因为以太网电缆的安装遵照结构化接线的标准，如TIA/EIA-568-A Commercial Building Telecommunications Cabling Standard商业楼宇远程通信接线标准。根据这个标准将每个工作区的终端站接线到接线柜中的插座面板。这些插座面板还连接到安装在接线柜中的中继型集线器或交换型集线器(参阅图1)。终端站和集线器端口之间的交叉连接由短的跳接线实现。每个接线柜引出一根单线，它连接到位于设备室中的级联式集线器。所有接线柜馈送信号到设备室，设备室有可能不止一个, 但标准倾向于限制分层的层次数量。工厂车间级的装置以相似的方式接线，通过这种接线方式，所有车间中的站共享同一个LAN。
共享同一个LAN并不总是一个好的理念。LAN典型地由IT部门维护，而信息技术越来越感兴趣于网络安全而不是最大化开工时间。断开一个被用户怀疑有故障的站，典型的做法是卸除跳接线，这对用户来说是很不方便的，而且对工业控制系统来说，这样的做法会给设备带来灾难性的损坏。因此，曾建议配置两个LAN——一个用于IT部门而另一个用于工业自动化系统。毫无疑问，这可以消除IT部门关于安全问题的担心。然而分隔物理上的接线，也许是不可能，再者也不方便。
需要分隔信息技术IT LAN 和工业自动化LAN还有另一个理由，一个LAN可认为是一个单纯的广播域。这就是说，广播报文(发送到所有站的报文)被发送到在LAN上的每一个站，对组播报文(播送到多个站但不是所有站的报文)，通常这也是对的。因为，如要接收组播报文的站的确实地址为未知，则所有的站将接收该报文。为了改进实时响应，工业自动化系统经常使用producer/consumer模式。在producer/consumer模式，由某一个站生成的原始报文为若干个称为consumer的站所接收。对以太网来说，这种模式会生成许多广播和组播报文，从而消耗LAN的整个带宽，因此并不适用。有什么方法可以保持在同一个物理网络但又允许分隔LAN的功能度呢？答案是肯定的，这就是本文要介绍的虚拟局域网(VLAN)。
VLAN的结构
一个LAN，包括站、中继型集线器和交换式集线器，均运行在数据链路层上，如使用路由器，可将LAN连接到其他LAN，从而建立起互联运行。然后，给予每个LAN一个网络地址。互联运行的最好例子就是互联网(Internet)。有可能一个LAN是工业自动化系统而另一个LAN是信息系统，两个LAN通过路由器彼此链接。然而，在工厂内的结构化接线通常并不直接支持这样的接线。此外，配置路由器比配置VLAN，其难度要大得多。我们期望的是：信息系统和工业自动化系统在同一个LAN上，但它们在逻辑上分隔为两个LAN，这就是VLAN能在一个LAN内，所有的站连接到中继型集线器。全部站点侦听3种类型的发送——单播、组播和广播。这种情况是不可能建立起分隔的VLAN，因为没有一个限制通信量的方法。VLAN的一个基本要求是使用交换型集线器，通过观察其进入端口接收报文中出现的源MAC(Medium Access Control，媒体访问控制)，一个交换机能了解站点的位置。MAC地址-端口号的关联(Association)就这样登录在其筛选数据库内。以后，所有指定到存储在交换机筛选数据库中的某一个MAC地址的发送只能导向到与该MAC地址关联的端口。如接收到一个没有关联的MAC地址，则发送将涌向所有端口(除该接收的端口外)，也就是说，这时交换机的功能如同一个中继式集线器。以上对组播或广播报文均适用。由于交换机限制单播报文，只能到有关的站，因此其性能比中继式集线器有明显的改进。正是这种筛选能力用于VLAN的开发，通过建立到交换机端口的VLAN关联，一个单独的交换型集线器经过这样的配置，其作用如同若干个独立的交换型集线器。