原作者:哈尔滨理工大学自动化系 黄金杰 武俊峰 吕宁 出处:
【论文摘要】阐述了虚拟网络技术的内涵及其实现方式，讨论了虚拟网络技术对我国制造工业产生的影响。
1 引言
从80年代早期第一代局域网出现以来，个人计算机的广泛应用使得计算机网络技术获得了突飞猛进的发展。人们对网络化的应用需求不断得到拓展，对网络的带宽及传输速率提出了更高的要求。另一方面，现代企业如何把分布在世界各地的制造工厂、销售网点、办事处等联结成为一个整体，使它能够在任何地点、任何时间与任何一个顾客打交道，实现各要求的最佳配置和组合，应付瞬息万变的市场需求，成为企业成功的关键因素。这促使企业对内外信息的需求产生了强烈的欲望，对企业网络中信息传输和事务处理提出了更高的要求，传统的网络技术已不能满足企业需要，于是人们不约而同地将注意力转向一种能够按照应用和事务需求而为用户动态配置资源的新的网络技术—虚拟网络（VirtualNetwork）技术。
2 虚拟网络技术
2.1 虚拟网络
虚拟网络的概念是由于工作组（Workgroup）的需要而产生，伴随高速网络的发展而实现的。它将逻辑的网络拓扑与物理的网络设施相分离，将网络上的节点按照工作性质与需要划分为若干个“逻辑工作组”，一个逻辑工作组就被称为一个虚拟局域网（VLAN,VirtualLAN）。
在传统的局域网中，信息传输是建立在“共享介质”基础上的，网中所有节点共享一条公共通信传输介质，典型的介质访问控制方法是CSMA/CD、TokenRing、TokenBus。通常一个工作组是在同一个网段上，每个网段可以是一个工作组或子网。多个逻辑工作组之间通过互连不同网段的网桥（Bridge）或路由器（Router）来交换数据。如果一个逻辑工作组的节点要转移到另一个逻辑工作组时，就需要将节点计算机从一个网段撤出，连接到另一个网段，甚至需要重新布线，因此逻辑工作组的组成就要受到节点所在网段物理位置的限制。
虚拟网络是建立在局域网交换机或ATM交换机之上的，局域网交换机可以在它的多个端口之间建立多个并发连接。共享介质方式与交换方式局域网在工作原理上的区别如图1所示。虚拟局域网对带宽资源采用独占方式，以软件方式来实现逻辑工作的划分和管理，逻辑工作组的节点组成不受物理位置的限制。当一个节点从一个逻辑工作组转移到另一个逻辑工作组时，只需要通过软件设定，而不需要改变它在网络中的物理位置。同一个逻辑工作组的节点可以分布在不同的物理网段上，但它们之间的通信就象在同一个物理网段上一样。虚拟局域网可以跟踪节点位置的变化，当节点物理位置改变时，无需人工重新配置。
图1 共享介质局域网与交换局域网工作原理的比较
2.2 虚拟局域网的实现技术
由于交换技术涉及到网络的多个层次，因此虚拟网络也可以在网络的不同层次上实现。根据虚拟局域网的成员定义，虚拟局域网通常可划分为四种：
2.2.1基于交换机端口的虚拟局域网
早期的虚拟局域网都是根据局域网交换机的端口来定义虚拟局域网成员的。这种方式从逻辑上把局域网交换机的端口划分为不同的虚拟子网，各虚拟子网相对独立。
用局域网交换机端口划分虚拟局域网成员是最通用的方法。但纯粹用端口定义虚拟局域网时，不允许不同的虚拟局域网包含相同的物理网段或交换端口。例如，交换机1的1端口属于VLAN1后，就不能再属于VLAN2。当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理者必须对虚拟局域网成员进行重新配置。
2.2.2 基于MAC地址的虚拟局域网
MAC地址是连接在网络中的每个设备网卡的物理地址，由IEEE控制，全球找不到两张具有相同MAC地址的网卡。由于MAC地址属于数据链路层，以此作为划分VLAN的依据能很好地独立于网络层上的各种应用。当某一用户节点从一物理网段移动到虚拟网络的其它物理网段时，由于它的MAC地址不变，所以该节点将自动保持原来的VLAN成员的地位，对用户端无需作任何改动，真正做到了基于用户的虚拟局域网。
2.2.3 基于网络层的虚拟局域网
也称为隐性标志（Implicityly-Tagged）的方法，主要通过第三层的协议信息来区别不同的虚拟局域网。划分的依据则主要是协议类型或地址信息等，这非常有利于组成基于具体应用或服务的虚拟局域网；同时，用户成员可以随意移动工作站而无需重新配置网络地址，这对于TCP/IP协议的用户是特别有利的。
2.2.4 IP广播组虚拟局域网
这种虚拟局域网的建立是动态的，它代表一组IP地址。由虚拟局域网中叫做代理的设备对虚拟局域网中的成员进行管理。当IP广播包要送达多个目的节点时，就动态建立虚拟局域网代理，这个代理和多个IP节点组成IP广播组虚拟局域网。网络用广播信息通知各IP站，表明网络中存在IP广播组，节点如果响应信息，就可以加入IP广播组，成为虚拟局域网中的一员，与虚拟局域网中的其他成员通信。IP广播中的所有节点属于同一个虚拟局域网，但它们只是特定时间段内特定IP广播组的成员。IP广播组虚拟局域网的动态特性提供了很高的灵活性，可以根据服务灵活地组建，而且它可以跨越路由器形成与广域网的互连。
3 虚拟网络技术对我国机械制造业的影响和作用
随着我国经济的快速发展，制造业，特别是机械制造业，逐渐成为我国国民经济的支柱产业。制造业的发展对我国综合国力的提高和社会稳定有极其重要的作用。综观世界各国，如果一个国家的制造业发达，它的经济必然强大。
伴随着通信与计算机技术的飞速发展，特别是Internet/Intranet的全球化普及，计算机网络的建设，虚拟网络技术的应用已成为当今大中型企业的热门话题，以计算机网络为载体的信息技术正在推动制造工业的变革，酝酿着一场生产模式的革命。21世纪制造企业的经营战略将是：灵活组织社会资源，快速响应市场需求。虚拟网络技术的推广应用对我国制造业的发展将产生深刻的影响，主要体现在以下几个方面。
（1）有利于推动企业管理体制的变革
进入90年代，制造业的国内外市场需求日趋个性化、多样化和高新技术化。而我国的机械制造业，多为大中型国有企业，在长期的计划经济体制下形成了一种金字塔式的纵向分层次、横向分部门的传统企业管理模式。每个层次是一个权力等级，每个职能部门是一个封闭的独立王国。这种组织结构使企业内部信息不畅，反应不灵。在强调企业对市场需求多样化应具有较高柔性的今天，显然难于适应现代市场的要求。以虚拟网络技术为特征的现代管理信息系统的实施，将导致对企业的人员分工、生产组织方式等进行重组，迫使企业从传统管理模式向现代管理模式过渡，也就是：从以技术为中心向以人为中心转变，从金字塔式的多层次管理结构向扁平的网络化结构转变，从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变，从按照功能划分部门的固定组织形式向动态的、自主管理的小组工作组织形式转变，从而快速响应市场，根据市场变化组织生产，实现现代化“集成管理”。
（2）能够实现分散网络化制造（DispersedNetworkManufacturing）。
分散网络化制造是实现敏捷制造的一种生产模式，是指把动态的、没有规律的和地理上相隔的集团成员，利用信息和通信技术把它们组织起来，利用不同地区的现有生产资源进行生产，以便快速推出高质量、低成本的新产品。
在我国的机械制造业中，不乏大型骨干企业，生产规模大，人员众多，地理环境也复杂，有些企业甚至跨越不同地区和国家，在世界各地设有许多的子企业或办事处。企业家们常常希望将这些地理上分散的点组成一个“封闭”的逻辑网络，使其员工们虽然身在世界各地，但是他们通过网络对话时就好象他们在同一城市或同一个办公室一样。如果靠租用专用长途信道来组建企业专用网，对大多数企业来说将是一个沉重的经济负担。比较好的解决方案是采取虚拟网络的技术在公用通信网中形成封闭的用户群，这样在物理上企业网使用了公用网的资源，而在逻辑上，企业网又可以是完全独立的，企业网可以建立自己的网络管理系统，可以配置属于自己的那部分网络资源，企业的员工相互间可以毫无阻碍地交流信息，协同工作，以实现上述的分散网络化制造。
（3）能够形成“虚拟企业”，增强市场竞争力。
虚拟企业（VirtualEnterprise）是敏捷制造的基本的动态组织形式，是为了赢得某一机遇性市场竞争，围绕某种新产品开发，通过选用不同组织或公司的优势资源，综合成单一的靠网络通讯联系的阶段性经营实体。它实质上是不同组织或企业间的动态集成，随市场机遇的存亡而聚散。在“虚拟企业”中，伙伴能够共享生产、工艺和产品的信息，尽管他们可能在地域上相距甚远，这些信息以数据的形式表示，能够分布到不同的计算环境。虚拟网络技术是产生虚拟企业的最佳通讯网络。当一个产品开发生产完毕而转向另一个新产品开发时，该虚拟网络可以方便地通过软件取消原来的虚拟子网，并根据需要重新配置，产生新的虚拟子网以适应新的产品开发的通信需要。
4 结束语
目前，随着市场经济的不断发展，企业竞争日益强烈，国际化合作不断增多，各种形式的电子商务、网络化生产、虚拟企业等将不断涌现。企业要在未来的国际竞争中占据主动地位，适应瞬息万变的国际市场，虚拟网络技术的应用将必不可少。可以预料，随着我国国有制造业在体制上“改组、改革”的逐步完成，企业层次的虚拟网络技术的应用高潮必将来临。
