VLAN是什么，一个好的网络为什么要划分VLAN呢？

news2024/11/25 11:23:53

前言

在上一篇中讲解了交换机的工作原理，知道了交换机处理数据的转发方式，其中有两种情况会以广播方式进行发送数据，第一种是目的MAC是全F的，以及组播MAC，第二种是未知单播帧，那这个会带来什么样的问题呢？

案例场景引入问题

某个办公楼有多个办公区域被不同团队租用，管理员给了每个办公区域一个独立的交换机进行接入，然后在统一接入到公用的核心交换机，通过路由器出去上网。

 「模拟器、工具合集」复制整段内容
链接：https://docs.qq.com/sheet/DV0xxTmFDRFVoY1dQ?tab=7ulgil

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上面这个属于常见的企业网架构，也是入门篇后续要学会规划跟搭建的，核心交换机以及路由器的内容暂时没学，可以忽略掉，我们主要把重点放在下面的三个办公区域。（后续大部分课程会以这个架构进行讲解知识点，另外整体的架构等知识点学完以后，会在案例部分进行整个框架解析，为什么要这样来组网）

很显然，像这样结构的网络划分，租用办公对的用户希望是自己属于一个独立的的区域，跟其他区域隔离开来，IT管理员给他们划分了多个网段，每个办公区域一个独立的网段，想用网段进行隔离，我们来看看这样的网络用什么样的问题。（地址如上，PC手动配置地址、掩码即可，实际中肯定是自动获取，由于我们还没学到DHCP的配置，所以暂时的手动）

  • 办公区域1在的PC2在访问PC1的时候，其他区域能否收该区域的数据包呢？

 这个抓包测试下就可以验证得到结果了，我们使用PC2  ping PC1，抓取任意一台其他区域的电脑。

建议在测试之前，把设备的名字改了，比如办公区一的，改成bg1，办公区二的改成bg2，办公区三的改成bg3，核心交换机改成Core，该名字的命令是sysname 

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从PC2去ping pc1，通的

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好玩的事情出现了，虽然这个网络的办公区域用了不同的网段进行了隔离，但是在PC6开启的抓包中，还是收到了来自于192.168.255.1的ARP请求，询问谁是255.50，那么得到了一个结论

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虽然网段区分了，但是由于交换机默认都处于一个广播域中，在同一个局域网下面还是可以接收到的，整个流程如下

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  • PC2发送ARP请求PC1的MAC地址，数据包从网卡发出，办公区1的交换机收到以后，读取二层头部，源MAC学习进MAC地址表（从E0/0/2学到），发现目标MAC是全F，执行广播操作，除了接收到该接口以外的所有接口发送出去，这个时候PC1会收到进行处理，会单播回应，交换机通过查询MAC表知道PC2在E0/0/2，直接转发过去。

  • 与此同时广播包会发送到核心交换机，核心交换机也会做相同的操作，学习源MAC、广播ARP，从源接口以外的所有接口广播。（G0/0/2、G0/0/3、G0/0/4）。

  • 办公区二收到以后，同样的操作，学习MAC，广播ARP，但是PC3与PC4收到后发现请求的不是自己，丢弃。

  • 办公区三收到以后，同样的操作，学习MAC，广播ARP，但是PC5与PC6收到后发现请求的不是自己，丢弃。

  • 出口路由器收到以后，发现请求的不是自己，丢弃。 

有没有发现什么严重的问题！PC2的一个ARP请求包，就这样传遍了整个局域网，虽然IT人员用不同的网段进行了区分，但是由于本身交换机的网络就属于一个大的广播域，加上交换机的处理机制，会把该包转发给除源接口以外的所有活动接口（物理线路起来的）广播出去，所以核心交换机收到以后，会转发给出口路由器、办公区二、办公区三都会是收到，同时办公区二、与三也会执行除源接口以外的所有活动接口广播出去，下面的PC都能收到，但是这对于办公区二以及三的终端来说，该流量就属于“无意义”的流量，因为收到的PC是需要去花费时间来拆开二层头部，读取ARP的内容，结果一看发现找的不是自己，然后丢弃，这还是一个PC发的ARP广播请求包，按一个稍微大点的网络，几百台终端在这样一个大的局域网里面，每一台访问某个主机就需要ARP解析，想想看，多少这种“无意义”的流量占用着带宽、浪费网络设备以及PC的资源，因为这个解析只对于这台请求的PC来说以及被请求的终端来说是有意义，特别是其他区域的终端来说，完全是应该避免这种情况发生的。

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这就是一个大的网络环境下，如果都处于一个大的广播域中带来的问题，回顾：路由器收到一个ARP广播报文请求后，如果发现找到不是自己，就会直接丢弃，不会转发，路由器的三层接口天生是隔离广播域的。

  • 更糟糕的情况

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PC2开启长ping功能，还是开启PC6的抓包

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假设访问的PC1（192.168.255.50）关机了，会发生什么事情呢？

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是不是很奇怪，单播报文，在抓包的PC6上发现了，而且是给192.168.255.50，这个又回到了之前交换机的处理数据过程的理论了，由于PC1关机，对应的交换机口物理线路关闭，交换机会把该接口的MAC地址记录清除。

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清除以后，这个时候当PC2在去访问192.168.255.50（PC1的时候），交换机不知道PC1的MAC在哪，所以只能采取泛洪方式的操作，除源接口以外的所有接口发送出去，这样整个局域网的的设备与终端都会收到，这只是一台出现这样的，那N台呢？是不是整个网络都被无用的流量给占用了。

上面的情况还只是设备与终端接收 不必要处理的流量，浪费了点链路带宽以及性能，但是在网络中还存在某些病毒跟攻击，某一台机器使用过程中不小心中了病毒，那整个局域网中是不是非常的危险了？加上一些攻击存在，可能整个网络面临瘫痪的情况。

VLAN的出现

基于上面的情况，主要的问题在于交换机的工作机制以及处于同一个广播域下，假设按照原本IT管理的想法是，每个办公区一个独立区域，区域之间互不影响。

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实现这样的需求，想办法把每个区域的广播域限制在该区域内传播，这样就不会影响其他区域了，我们都知道局域网的简称叫做LAN，实现每个区域一个广播域的技术叫做VLAN（Virtual Local Area Network），虚拟局域网，相当于把一个大的局域网，逻辑的分成多个小的局域网，实现每个小的局域网之间是相互独立、隔离；从而实现区域独立的效果。

  • 填坑：交换机默认有vlan吗？

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还记得在MAC表中以及静态绑定的时候是必须输入vlan参数的，而且默认情况下这个ID是1，这样就是说明交换机所有接口默认都属于VLAN1中，一个VLAN就是一个广播域。

  • 感受下配置VLAN后的效果。

    • VLAN怎么配置呢，先了解这两个步骤

（1）创建VLAN ID，创建方法，系统视图下，vlanid，id的范围=1~4094

举例：[bg1]  vlan 10      //创建了一个VLAN 10

（2）接口加入对应 VLAN

[bg1] interface  Ethernet0/0/1  //进入需要划分的接口

[bg1-Ethernet0/0/1]port link-type access   //接口类型为access，这个第一次接触，下一篇会介绍

[bg1-Ethernet0/0/1]port default vlan 10     //将该接口加入VLAN 10中（划入）

  • 该环境如何规划呢，才能让每个区域独立出来呢？

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上面提到过VLAN是把一个大LAN（局域网），逻辑的划分成多个需要的虚拟LAN，来进行隔离，按照这个原理，是不是把每个区域单独划分一个VLAN 不接可以了吗？，比如上图的区域一划分进VLAN 10，区域二划分进VLAN 20，区域三划分进VLAN 30，大致的规划有了，按照上面介绍的配置中，接口是需要加入对应的VLAN的，那哪些接口需要加入呢？

目前只关注如何隔离开这个广播网络，暂时不涉及其他如何上网以互通，来分析下如何隔离。

办公区之间如果想要隔离开，简单有效的办法就是把对接终端的接口划入一个独立的VLAN，这样是不是PC就属于单独的一个LAN，进行隔离了呢？我们来验证测试下。

  • 办公区一交换机配置

[bg1]vlan 10                                                     //创建VLAN 10的ID

[bg1]interface   Ethernet0/0/2                         //进入2号口，对接PC2

[bg1-Ethernet0/0/2]port link-type access     //接口链路类型为access

[bg1-Ethernet0/0/2]port default vlan 10      //接口默认VLAN为10，划入进10

[bg1-Ethernet0/0/2]q                                  //退出

[bg1]interface   Ethernet0/0/3

[bg1-Ethernet0/0/3]port  link-type access

[bg1-Ethernet0/0/3]port  default vlan  10

[bg1-Ethernet0/0/3]q

[bg1]interface  Ethernet0/0/1

[bg1-Ethernet0/0/1]undo port default vlan         //去掉该接口加入vlan10

  • 办公区二交换机配置

[bg2]vlan  20

[bg2-vlan20]q

[bg2]interface  Ethernet0/0/2

[bg2-Ethernet0/0/2]  port link-type access

[bg2-Ethernet0/0/2]  port default vlan 20

[bg2-Ethernet0/0/2]q

[bg2]interface  Ethernet0/0/3

[bg2-Ethernet0/0/3]  port link-type access

[bg2-Ethernet0/0/3]  port default vlan 20

[bg2-Ethernet0/0/3]q

  • 办公区三交换机配置

 不给出配置，能自己独立把办公区三的配置完成吗？

  • 在测试下

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这里直接开启抓核心交换机G0/0/1的包，看下还能否收到来自于PC2的ARP包请求。

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PC2访问PC1通了，但是核心交换机没有收到任何的数据包，说明这个广播包没有被发送到核心这边来，因为我们通过VLAN已经把它隔离了。

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查看MAC地址一个明显的特征可以发现，VLAN 参数那变成了10了，这里就要介绍一个重要的概念了，之前没有学到VLAN，所以没有提及。

当交换机从某个接口收到一个数据包时，读取包的二层头部，将源MAC记录在MAC表中，记录内容：MAC地址、VLAN ID、源接口，VLAN ID与源接口获取的方式通过从哪个口收到该数据包，从而知道该接口是哪个，这个接口对应的VLAN ID是哪个，所以最终MAC表中记录 PC2（5489-98ae-62b8）对应接口ETH0/0/2，所属VLAN  10

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当交换机读取到目的MAC是ARP的请求（全F），之前我们说的原理是从除了原接口以外的所有接口进行广播，这里呢多了一个参数，从除了原接口以外的所有属于VLAN 10的接口进行发送，这里就E0/0/3（PC1）所在的接口属于VLAN10，所以交换机只会发给E0/0/3，而E0/0/1没有任何配置，默认属于VLAN1，所以呢，不会进行发送。相当于把一台交换机逻辑的分成了两台交换机一样了，甚至可以多台。

其实之前讲解的原理，除了从源接口以外所有接口进行广播，其实也是会看VLAN的，只是默认情况下交换机所有接口都属于VLAN1，那会也没学VLAN的概念，就没有提及。

同样的，PC1关机或者出现问题后，PC2发送的数据包，交换机收到一个未知单播帧后，只会在该VLAN内除源接口以外的其他属于对应VLAN的接口进行发送，同样有某个机子中毒或者出现攻击，影响的只是该VLAN内的主机，其他区域并不影响。

所以呢，一个好的网络为什么要划分VLAN就是这个原因。 

留一个小疑问

从VLAN隔离的角度，如果直接在核心上面划分VLAN是不是更加方便快捷，只需要配置一台设备即可，这样做有什么坏处吗？

  

”承上启下”

对于VLAN的用途已经有了一个很好的认知，其中一些细节的地方一直没提到，比如接口的类型，那它是用于干什么的？接口处于access vlan 的时候，一个数据包过来它是如何把处理的呢？同一个VLAN内它是如何实现通信的，除了access以外，还有其他的类型吗？下一篇来了解这些内容。

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