目录
- 🕒 1. VLAN介绍
- 🕘 1.1 目标
- 🕘 1.2 帧格式
- 🕘 1.3 划分方式
- 🕘 1.4 链路
- 🕘 1.5 端口模式
- 🕤 1.5.1 接入端口
- 🕤 1.5.2 干道端口
- 🕤 1.5.3 混合端口（仅华为交换机有）
- 🕒 2. VLAN内通信
- 🕒 3. VLAN间通信
- 🕘 3.1 概述
- 🕘 3.2 解决VLAN间互通的方法
- 🕒 4. 实验：利用单臂路由实现VLAN间通信
- 🕒 5. 实验：利用三层交换机实现VLAN间通信
🕒 1. VLAN介绍
🕘 1.1 目标
VLAN技术把用户划分成多组逻辑的网络，组内可以通信，组间不允许通信。
二层转发的单播、组播、广播报文只能在组内转发。
为了实现转发控制，在待转发的以太网帧中添加 VLAN标签 ，然后设定交换机端口对该标签和帧的处理方式。
方式包括丢弃帧、转发帧、添加标签、移除标签。
🕘 1.2 帧格式
- 标签协议标识TPID：固定取值为
0x8100，表明这是一个携带802.1Q标签的帧 - 优先级PRI：指明帧的优先级。0-7，表示8种优先级，提供有差别的转发服务。
- 标准格式指示CFI：在以太网环境中，这个字段始终为0。
- VLAN标识：它唯一地标志了以太网帧属于哪一个VLAN
- VID的取值范围是0~ 4095 （0 ~ 212-1）
- 0和4095都不用来表示VLAN，因此用于表示VLAN的VID的有效取值范围是1 ~ 4094。
802.1Q帧是由交换机来处理的，而不是用户主机来处理的
- 当交换机收到普通的以太网帧时，会将其插入4字节的VLAN标记转变为802.1Q帧，简称“打标签”。
- 当交换机转发802.1Q帧时，可能会删除其4字节VLAN标记转变为普通以太网帧，简称“去标签”。
端口上接收时总希望能够打上标签，发送出去时候总希望能去除标签
🕘 1.3 划分方式
-
基于端口（常用）
-
基于MAC地址
-
基于协议
-
基于子网
-
基于策略（安全性很高）
🕘 1.4 链路
VLAN 技术的出现，使得交换网络中存在了带VLAN 的以太网帧和不带VLAN 的以太网帧。因此，相应地也对链路做了区分：
（1）接入链路（Access Link）：连接用户主机和交换机的链路。通过的帧为不带Tag 的以太网帧。
（2）干道链路（Trunk Link）：连接交换机和交换机的链路。通过的帧一般为带Tag 的VLAN 帧，也允许通过不带Tag 的以太网帧。
🕘 1.5 端口模式
交换机的端口类型有以下三种：Access、Trunk、Hybrid
交换机各端口的缺省VLAN ID
- 在思科交换机上称为Native VLAN，即本征VLAN。
- 在华为交换机上称为Port VLAN ID，即端口VLAN ID，简记为PVID。每个端口有且只有一个PVID，默认情况下端口的PVID都为
1（即端口属于VLAN 1）
🕤 1.5.1 接入端口
- 接入端口（Access Port）：一般用于终端设备与交换机之间
注意：交换机与路由器连接的接口也需要使用接入接口。这是因为路由器中的消息也不带VLAN标签，就像终端一样，保证路由器的数据能够进入交换机领域，数据由路由器进入交换机是会被打上默认标签，接着猜按照交换机间VLAN的规则行走。简单理解就是把路由器当作终端。
-
接入端口只能属于一个
VLAN -
接入端口的
PVID值与端口所属VLAN的ID相同（默认为1） -
接入端口接收处理方法：一般只接收"未打标签"的普通以太网MAC帧。根据接收帧的端口
PVID值给帧"打标签"，即插入4字节的VLAN标记字段，字段中的VID取值与端口PVID取值相等 -
接入端口发送处理方法：若帧中的
VID与端口的PVID相等，则"去标签"并转发该帧；否则不转发
🕤 1.5.2 干道端口
- 干道端口（Trunk Port）：一般用于交换机之间或交换机与路由器之间的互连
- 干道端口可以属于多个
VLAN - 用户可以设置干道端口的
PVID值，默认情况下，干道端口PVID值为1 - 干道端口发送处理方法：
- 对
VID等于PVID的帧，“去标签，再转发” - 对
VID不等于PVID的帧，直接转发
- 对
- 干道端口接收处理方法：
- 接收"未打标签"的帧。根据接收帧的端口的
PVID给帧"打标签"，即插入4字节的VLAN标记字段，字段中的VID取值与端口的PVID取值相等 - 如该端口允许进入，则直接接收"已打标签的帧"，否则丢弃
- 接收"未打标签"的帧。根据接收帧的端口的
🕤 1.5.3 混合端口（仅华为交换机有）
- 混合端口（Hybrid Port）：既可以用于交换机之间或交换机与路由器之间的互连（同干道端口），也可用于交换机与用户计算机之间的互连（同接入端口）
- 混合端口可以属于多个VLAN（同干道端口）
- 用户可以设置混合端口的
PVID值。默认情况下，混合端口的PVID值为1（同干道端口） - 混合端口发送处理方法（与干道端口不同）：
- 查看帧的VID是否在端口的"去标签"列表中
- 若存在（untag），则"去标签"后转发
- 若不存在（tag），则直接转发
- 混合端口接收处理方法（同干道端口）：
- 接收"未打标签"的帧。根据接收帧的端口的
PVID给帧"打标签"，即插入4字节的VLAN标记字段，字段中的VID取值与端口的PVID取值相等 - 如该端口允许进入，则直接接收"已打标签的帧"，否则丢弃
- 接收"未打标签"的帧。根据接收帧的端口的
🕒 2. VLAN内通信
（1）数据帧首先到达SWA 的端口GE0/0/4。
（2）端口GE0/0/4 给数据帧加上Tag，Tag 的VID 字段填入该端口所属的VLAN 的编号2。
（3）SWA 查找VLAN2的MAC 地址表，将该帧转发到相应的出端口GE0/0/2，到SWB。
（4）SWB 收到帧后，会根据帧中的Tag 识别出该帧属于VLAN2，查找MAC 地址表，将该帧转发到相应的出接口
（5）端口GE0/0/3 将数据帧发送给主机Host B。
🕒 3. VLAN间通信
🕘 3.1 概述
VLAN隔离了二层广播域，也就严格地隔离了各个VLAN之间的任何流量，分属于不同VLAN的用户不能互相通信。
不同VLAN 之间的流量不能直接跨越VLAN 的边界，需要使用路由，通过路由将报文从一个VLAN 转发到另外一个VLAN。
在主机设置默认网关，对于非本地的通信，主机会自动寻找默认网关，并把报文交给默认网关转发而不是直接发给目的主机。
🕘 3.2 解决VLAN间互通的方法
为每个VLAN 分配一个单独的路由接口：
- 在二层交换机上配置VLAN，每一个VLAN使用一条独占的物理连接连接到路由器的一个接口上。
- 随着每个交换机上VLAN数量的增加，这样做必然需要大量的路由器接口，出于成本考虑一般不采用。
多个VLAN公用一条物理连接：
- 二层交换机上和路由器上配置他们之间相连的端口使用VLAN Trunking，使多个VLAN共享同一条物理连接到路由器
- 这种方式也称为独臂路由或者单臂路由，它只需要一个以太网接口，通过创建子接口可以承担所有VLAN 的网关，从而在不同的VLAN 间转发数据。
路由器仅仅提供一个以太网接口，而在该接口下提供三个子接口分别作为3个VLAN用户的缺省网关，当VLAN100的用户需要与其它VLAN的用户进行通信时，该用户只需将数据包发送给缺省网关，缺省网关修改数据帧的VLAN标签后再发送至目的主机所在VLAN，即完成了VLAN间的通信。
三层交换机：
- 既具备二层交换机的交换功能，又具备路由器的路由功能。
- 主机设置默认网关就是三层交换机中虚拟VLAN接口的IP地址。
🕒 4. 实验：利用单臂路由实现VLAN间通信
🔎 【GNS3】Window10 下 GNS3 配置 IOU 模拟环境
题目：本实验模拟公司网络场景。路由器RI是公司的出口网关，员工PC通过交换机IOU1接入公司网络，交换机IOU1与路由器R1相连。
公司内部网络通过划分不同的VLAN隔离了不同部门之间的二层通信，保证各部门间的信息安全。但是由于业务需要，市场部和人事部之间需要能实现跨VLAN通信， 网络管理员决定借助路由器的三层功能，通过配置单臂路由来实现。
步骤：开启GNS3虚拟机，新建拓扑文件，在工作区添加一台二层交换机(IOU)、一台路由器和两台PC，按下图连接路由器、交换机和PC，开启设备。设备的vlan 配置和IP地址配置按下表进行。PC1属于VLAN30，PC2属于VLAN40，现需要在路由器R1上配置单臂路由使得VLAN30和40连通。将路由器和交换机的配置指令截图如下：
| 设备 | 接口 | IP地址 | 地址掩码 | 默认网关 |
|---|---|---|---|---|
| R1 | F0/0.1 | 10.0.1.1 | 255.255.255.0 | - |
| F0/0.2 | 10.0.2.1 | 255.255.255.0 | - | |
| PC-1 | E0 | 10.0.1.2 | 255.255.255.0 | 10.0.1.1 |
| PC-2 | E0 | 10.0.2.2 | 255.255.255.0 | 10.0.2.1 |
| 设备 | 接口 | 接口类型 | 所属VLAN | 允许通过的VLAN |
|---|---|---|---|---|
| IOU1 | E0/0 | trunk | - | 30、40 |
| E0/1 | access | 30 | - | |
| E0/2 | access | 40 | - |
配置R1：
# 打开接口
R1#conf t
R1(config)#int f0/0
R1(config-if)#no shutdown
# 配置子接口IP
R1(config)#int f0/0.1
R1(config-subif)#encapsulation dot1q 30
*Mar 1 00:04:36.471: %LINK-3-UPDOWN: Interface FastEthernet0/0, changed state to up
R1(config-subif)#ip address 10.0.1.1 255.255.255.0
R1(config-subif)#exit
*Mar 1 00:04:54.855: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
R1(config)#int f0/0.2
R1(config-subif)#encapsulation dot1q 40
R1(config-subif)#ip address 10.0.2.1 255.255.255.0
*Mar 1 00:05:52.107: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
# 在R1上查看路由表
R1#show ip route
配置PC-1与PC-2：
PC-1> ip 10.0.1.2/24 10.0.1.1
Checking for duplicate address...
PC1 : 10.0.1.2 255.255.255.0 gateway 10.0.1.1
PC-1> save
Saving startup configuration to startup.vpc
. done
PC-2> ip 10.0.2.2/24 10.0.2.1
Checking for duplicate address...
PC2 : 10.0.2.2 255.255.255.0 gateway 10.0.2.1
PC-2> save
Saving startup configuration to startup.vpc
. done
配置IOU1：
IOU1#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
# 创建VLAN
IOU1(config)#vlan 30
IOU1(config)#vlan 40
# 配置设备端口为 Access 类型
IOU1(config)#int e0/1
IOU1(config-if)#switchport access vlan 30
*May 17 05:46:42.170: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
IOU1(config-if)#exit
IOU1(config)#int e0/2
IOU1(config-if)#switchport access vlan 40
*May 17 05:47:16.330: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
IOU1(config-if)#exit
# 配置设备端口为 Trunk 类型
IOU1(config)#int e0/0
IOU1(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
*May 17 05:48:51.668: %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Ethernet0/0, ch
IOU1(config-if)#switchport mode trunk
*May 17 05:49:10.903: %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Ethernet0/0, ch
IOU1(config-if)#switchport trunk allowed vlan 30,40
*May 17 05:49:47.394: %SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console
# 在IOU1上查看VLAN
IOU1#show vlan
IOU1#show interface e0/0 switchport
配置完记得write保存！
在PC1上ping PC2：
🕒 5. 实验：利用三层交换机实现VLAN间通信
题目：本实验模拟公司网络场景。员工PC通过交换机IOU2接入公司网络，交换机IOU2与三层交换机IOU1相连。
公司内部网络通过划分不同的VLAN隔离了不同部门之间的二层通信，保证各部门间的信息安全。但是由于业务需要，市场部和人事部之间需要能实现跨VLAN通信， 网络管理员决定借助三层交换机来实现。
| 设备 | 接口 | 接口类型 | 所属VALN | 允许通过VLAN |
|---|---|---|---|---|
| IOU2 | Ethernet 0/0 | Trunk | N/A | all |
| Ethernet 0/1 | Access | VLAN 10 | N/A | |
| Ethernet 0/2 | Access | VLAN 20 | N/A | |
| IOU1 | Ethernet 0/0 | Trunk | N/A | all |
| 设备 | 接口/VLAN | IP地址 | 默认网关 |
|---|---|---|---|
| IOU1 | VLAN10 | 192.168.1.1/24 | |
| VLAN20 | 192.168.2.1/24 | ||
| PC-1 | Ethernet 0 | 192.168.1.2/24 | 192.168.1.1/24 |
| PC-2 | Ethernet 0 | 192.168.2.2/24 | 192.168.2.1/24 |
# 开启路由功能
IOU1(config)#ip routing
三层交换机和单臂路由之间的一些主要区别：
| 特性 | 三层交换机 | 单臂路由器 |
|---|---|---|
| 网络层 | 支持 | 支持 |
| 数据链路层 | 支持 | 不支持 |
| 物理层 | 支持 | 不支持 |
| 端口密度 | 高 | 低 |
| 路由协议 | 支持 | 有限支持 |
| 网络扩展性 | 好 | 有限 |
| 成本 | 高 | 低 |
| 应用场景 | 大型LAN和数据中心环境 | SMB和特定网络服务 |
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作者：HinsCoder
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