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  • 交换机vlan作用
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    2019-09-12 14:39:51


    总结整理

    1. VLAN 划分种类

    按照 VLAN 改变情况划分为静态和动态两大类。

    1.1. 静态 VLAN

    • 静态 VLAN 又被称为基于端口的 VLAN (Port Based VLAN);
    • 静态 VLAN 不适合那些需要频繁改变拓补结构的网络。

    1.2. 动态 VLAN(常见三种)

    1.2.1. 基于 MAC 地址的 VLAN (MAC Based VLAN)

    通过查询并记录端口所连计算机上网卡的 MAC 地址来决定端口的所属。

    1.2.2. 基于子网的 VLAN (Subnet Based VLAN)

    通过所连计算机的 IP 地址来决定端口所属 VLAN 的。

    • 是一种在 OSI第三层设定访问链接的方法;
    • 与基于 MAC 地址的 VLAN 相比,能够更为简便地改变网络结构。

    1.2.3. 基于用户的 VLAN (User Based VLAN)

    根据交换机各端口所连的计算机上当前登录的用户,来决定该端口属于哪个 VLAN。

    • 用户识别信息,一般是计算机操作系统登录的用户,属于 OSI 第四层以上的信息。

    1.2.4. 小结

    • 决定端口所属 VLAN 时利用的信息在 OSI 中的层面越高,就越适于构建灵活多变的网络
    • 其中基于子网的 VLAN 和基于用户的 VLAN 有可能是网络设备厂商使用独有的协议实现的。
    种类说明
    静态 VLAN
    (基于端口的 VLAN)
    将交换机的各端口固定指派给 VLAN
    动态VLAN基于 MAC 地址的 VLAN根据各端口所连计算机的 MAC 地址设定
    基于子网的 VLAN根据各端口所连计算机的 IP 地址设定
    基于用户的 VLAN根据端口所连计算机上登录用户设定

    2. 交换机端口

    • 以下端口 AccessTrunkHybrid 都是生产厂家对某种端口的称谓,并非 IEEE802.1Q 协议标准定义。

    2.1. Access Link(访问链接)

    是指 “只属于一个 VLAN,且仅向该 VLAN 转发数据帧” 的端口,在大多数情况下访问链接所连的是客户机。

    2.1.1. 报文收发规则

    • Access 端口和客户端网卡不会发送带 VLAN 标记的报文。
    • 发报文:
      • 情况:向客户端发送信息,或向同 VLAN 的 Access 端口发送信息。
      • 步骤:先将报文中的 VLAN 信息去掉,然后再直接发送。
    • 收报文:
      • 情况:从客户端接收信息,或从非 Access 端口或非客户端接收信息。
      • 步骤:先判断该报文中是否有 VLAN 标记信息,根据下面两种情况分别进一步做处理。
        • 如果没有 VLAN 标记,则打上该 Access 端口的 PVID 后继续转发;
        • 如果有 VLAN 标记,一般默认直接丢弃(某些高端交换机在收帧的 VLAN 标记和端口 PVID 相等时转发,否则丢弃;或者不管是否相同均直接转发)。

    2.2. Trunk Link(汇聚链接)

    能够转发多个不同 VLAN 的通信的端口,跨越多台交换机的 VLAN 。

    • 汇聚链路上流通的数据帧,都被附加了用于识别分属于哪个 VLAN 的特殊信息。
    • 只有当数据帧是一个广播帧、多播帧或是目标不明的帧时,才会被转发到所有属于标记的 VLAN 端口。
    • 通过汇聚链路时附加的 VLAN 识别信息,有可能支持标准的 IEEE 802.1Q 协议,也可能是 Cisco 产品独有的 ISL (Inter Switch Link) 协议。
    • 由于汇聚链接中 VLAN 数据较多,在设定汇聚链接时,最好支持 100Mbps 以上的传输速度

    2.2.1. 报文收发规则

    • 默认情况下 Trunk 端口配置的是 VLAN 1(默认 VLAN)
    • 发报文:
      • 步骤:将要发送报文的 VLAN 标记与 Trunk 端口的 PVID 进行比较。
        • 如果与 PVID 相等,则从报文中去掉 VLAN 标记再发送;
        • 如果与 PVID 不相等,则直接发送。
    • 收报文:
      • 步骤:判断是否有 VLAN 信息。
        • 如果没有 VLAN 标记,则打上该 Trunk 端口的 PVID(视同该帧是来自 PVID 所对应的 VLAN 转发到 PVID 所对应的 VLAN 接口上);
        • 如果有 VLAN 标记,则判断该 Trunk 端口是否允许该 VLAN 的报文进入:
          • 如果允许,则直接转发;
          • 否则,丢弃。

    2.3. Hybrid Link(混合链接)

    该类型是华为和 H3C 交换机的一种端口模式。 交换机上既可连接用户主机又可连接其他交换机的端口,它既可连接接入链路又可连接汇聚链路。

    2.3.1. 报文收发规则

    • 发报文:
      • 情况:从交换机内部发送信息。
      • 步骤:先判断该报文中是否有 VLAN 标记信息。
        • 如果没有 VLAN 标记,则从报文中去掉 VLAN 标记再发送;
        • 如果有 VLAN 标记则直接发送。
    • 收报文:
      • 步骤:先判断该报文中是否有 VLAN 标记信息。
        • 如果没有 VLAN 标记,则打上该端口的 PVID 后继续转发;
        • 如果有 VLAN 标记,判断端口是否允许该 VLAN 帧进入:允许则转发,否则丢弃。

    2.4. 端口状态(Tagged Port 和 Untagged Port)

    • 端口状态 Tagged Por 和 Untagged Port 并非是物理端口状态,而是指物理端口拥有某 VID 的状态
    • Tagged 帧即表示报文有某 VLAN 标记,Untagged 帧则表示没有。
    端口类型帧类型Tagged 帧Untagged 帧
    帧方向INOUTINOUT
    Tagged 端口保持不变根据 PVID 进行标记
    Untagged 端口丢弃若 VID=PVID 则去掉标记
    否则丢弃
    根据 PVID 进行标记保持不变

    3. 常见附加 VLAN 信息的方法

    • IEEE802.1Q:被称作 标签型 VLAN (Tagging VLAN)
      • 附加的 VLAN 识别信息位于数据帧中 “发送源 MAC 地址” 与 “类别域 (Type Field)” 之间。
      • 需从新计算校验值:附加后从新计算 CRC 校验值,同理去除时也需如此。
    • ISL:被称为 封装型 VLAN (Encapsulated VLAN)
      • 只能用于 Cisco 网络设备之间的互联。
      • 每个数据帧头部都会被附加 26 字节的 “ISL 包头 (ISL Header)” ,并且在帧尾带上通过对包括 ISL 包头在内的整个数据帧进行计算后得到的 4 字节 CRC 值。
      • 无需从新计算校验值:附加后直接去除帧头和帧尾即可。

    4. VLAN 间路由

    4.1. 同一 VLAN 内的通信

    • 收发信双方同属一个 VLAN 之内的通信,一切处理均在交换机内完成。

    4.2. 不同VLAN间通信

    4.2.1. 交换机接路由器

    • 在路由器上定义对应各个 VLAN 的 “子接口 (Sub Interface)”。
    • 步骤:
      1. 客户端在发送数据帧之前,需要先用 ARP 获取路由器的 MAC 地址;
      2. 得到路由器的 MAC 地址 R 后,发送往 C 去的数据帧(其中数据帧的目标 MAC 地址是路由器 MAC 地址);
      3. 交换机收到数据帧后检索 MAC 地址列表中与接收端口同属一个 VLAN 的表项(包括汇聚链接端口);
      4. 在送往汇聚链接端口前,附加上 VLAN 识别信息;
      5. 路由器收到数据帧后,确认其 VLAN 识别信息,并交由负责相关 VLAN 的子接口接收;
      6. 根据路由器内部的路由表,判断该向哪里中继;
      7. 更改数据帧的目标 MAC 地址为最终目的的 MAC 地址,并附加了属于目的 VLAN 的识别信息;
      8. 交换机收到数据帧后,根据 VLAN 标识信息从 MAC 地址列表中检索属于其标记 VLAN 的表项,并转发。

    4.2.2. 三层交换机

    • 本质上就是 “带有路由功能的(二层)交换机”。
    • 步骤:发送方 → 交换机 / 交换模块 → 路由器 / 路由模块 → 交换机 / 交换模块 → 接收方
      1. 针对目标 IP 地址,计算机判断出通信对象不属于同一个网络,因此向默认网关发送数据;
      2. 交换模块通过检索 MAC 地址列表后,判断需要通过内部汇聚链接;
      3. 将数据帧附加属于发送 VLAN 的识别信息,并转发给路由模块;
      4. 路由模块在收到数据帧时,先由数据帧附加的 VLAN 识别信息判断 VLAN 接口进行路由处理;
      5. 在通过汇聚链路时,这次数据帧被附加上属于目的 VLAN 的识别信息;
      6. 交换模块收到后检索目的 VLAN 的 MAC 地址列表,确认转发的端口;
      7. 若是访问链接端口则转发前会先将 VLAN 识别信息除去。

    注意:

    • 加速 VLAN 间路由的手法多由各厂商独有的技术所实现,并且该功能的称谓也因厂商而异。例如,在 Cisco 的 Catalyst 系列交换机上,这种功能被称为 “多层交换 (Multi Layer Switching)”。
    • 除了三层交换机的内部路由模块,外部路由器中的某些机型也支持类似的高速 VLAN 间路由机制。

    4.3. 流

    • 对于相同起始和终止 IP 地址的数据流,后继的数据不再需要路由器进行路由处理;通过省略反复进行的路由操作,可以进一步提高 VLAN 间路由的速度。
    • 通过在交换机上缓存路由结果,实现了以缆线速度 (Wired Speed) 接收发送方传输来数据的数据、并且能够全速路由、转发给接收方。

    参考链接

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    本节将讨论什么是交换机VLAN产生的原因,以及如何起作用的

    1.VLAN产生的原因

    交换机可能连接多个局域网,某一个局域网的包可能会在别的局域网广播,没有办法保证安全性,而且日常通信有大量的广播,也会出现性能的问题。
    解决办法就是隔离,相关的机器连成一个单独的局域网,局域网里面有单独的交换机,局域网和局域网之间再通过路由器相连接。
    在这里插入图片描述
    这样局域网1的包就不会广播到局域网2了。但这样会有一个问题,如果某个局域网里面的机器很少,单独给一个交换机就很浪费,如果机器太多,那交换机就要很多个,更难搞的是局域网里面的机器也是会有变化的,从少变多或者从多变少都可能需要重新配置。
    所以VLAN(Visual LAN)就出现了,VLAN是虚拟的局域网。

    2.VLAN如何工作

    不同虚拟局域网的VLAN ID不一样,同一个VLAN ID的口属于同一个VLAN。当交换机连接多个局域网,可以用VLAN ID来划分不同的虚拟局域网。
    我们可以设置交换机的某个口的VLAN ID,这样就可以划分出哪几个口是同一个VLAN的,之后交换机收到数据包要广播就不会发给所有的网口了,之会发给同一个VLAN ID的网口,达到的效果就是交换机只会把某个数据包在同一个VLAN ID的虚拟局域网里面广播。
    比如下图,如果LAN1的设备A和设备D和LAN2的设备A和设备D,四台设备是同一个VLAN ID的,那么从设备A发出来的广播包,只会发给其他三台蓝色的设备,不会发给设备B和设备C。

    在这里插入图片描述
    Tips:交换机和交换机用的不是VLAN口,使用Trunk口连接,这样的话从交换机A从来都的所有包都可以去到交换机B。

    3.VLAN ID的设置

    VLAN ID是设在二层数据帧的头上的,在头上加一个TAG,设置VLAN ID的值,一共12位。
    那么在交换机处理这个数据帧的时候就会吧二层的头部取下来,看一下它的VLAN ID,再判断要把它传到哪里去。

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    交换机VLAN配置

    一:什么是VLAN

    一:什么是VLAN

    VLAN(Virtual LAN),翻译成中文是“虚拟局域网”。LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络,也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的网络——也就是广播域。

    广播域:指的是广播帧(目标MAC地址全部为1)所能传递到的范围,亦即能够直接通信的范围。严格地说,并不仅仅是广播帧,多播帧(Multicast Frame)和目标不明的单播帧(Unknown Unicast Frame)也能在同一个广播域中畅行无阻。

    本来,二层交换机只能构建单一的广播域,不过使用VLAN功能后,它能够将网络分割成多个广播域

    二:配置VLAN

    实验要求:PC1 可以连通PC4,PC2可以连通PC3

    实验环境:华为ENSP模拟器

    实验步骤:

    一:将PC与交换机按图所示摆好

    img

    二:配置PC

    为了实验结果,所有PC机的网段都统一

    img

    为了实验结果,所有PC机的网段都统一

    三:配置交换机

    3.1

    将VLAN列入两个交换机中,因为有两个VLAN(10和20),所以需要加入两个VLAN

    img

    命令为vlan batch

    3.2配置access端口

    将LSW3和LSW4的端口进行设置,其中0/0/1和0/0/2的端口设置为access

    img

    3.3配置trunk端口

    将0/0/3端口设置为trunk,其中允许通过的vlan是10和20

    img

    3.4进行各路的连接测试

    img

    可以看到,因为设置了vlan,所以pc1和pc2虽然网段一样,但是并不能进行通讯

    总结

    VLAN是一个分割广播域的存在,它将想通网段分割成不同的广播域,就可以实现网络与网络之间不能通信,从而保证了严密性

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    VLAN简介 VLAN(Virtual Local Area Network)即虚拟局域网,是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802.1Q协议...

    前言

    远赴人间惊鸿宴,一睹人间盛世颜

    VLAN简介

    VLAN(Virtual Local Area Network)即虚拟局域网,是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案。

    VLAN技术允许网络管理者将一个物理的LAN逻辑地划分成不同的广播域(或称虚拟LAN,即VLAN)。每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站,与物理上形成的LAN有着相同的属性。但由于它是逻辑地而不是物理地划分,所以同一个VLAN内的各个工作站无须被放置在同一个物理空间里,即这些工作站不一定属于同一个物理LAN网段。

    一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中,即使是两台计算机有着同样的网段,但是它们却没有相同的VLAN号,它们各自的广播流也不会相互转发,从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。

    VLAN的作用

    VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的,它在以太网帧的基础上增加了VLAN头,用VLAN ID把用户划分为更小的工作组,限制不同工作组间的用户二层互访,每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以限制广播范围,并能够形成虚拟工作组,动态管理网络。

    VLAN的划分方式

    VLAN常用的划分方式有四种:根据端口、根据MAC地址、根据网络层、根据IP组播。基于端口的VLAN端口方式建立在物理层上;MAC方式建立在数据链路层上;网络层和IP广播方式建立在第三层上。
    1. 根据端口来划分VLAN
      许多VLAN厂商都利用交换机的端口来划分VLAN成员。被设定的端口都在同一个广播域中。例如,一个交换机的1,2,3,4,5端口被定义为虚拟网AAA,同一交换机的6,7,8端口组成虚拟网BBB。这样做允许各端口之间的通讯,并允许共享型网络的升级。但是,这种划分模式将虚拟网限制在了一台交换机上。 第二代端口VLAN技术允许跨越多个交换机的多个不同端口划分VLAN,不同交换机上的若干个端口可以组成同一个虚拟网。以交换机端口来划分网络成员,其配置过程简单明了。因此,从目前来看,这种根据端口来划分VLAN的方式仍然是最常用的一种方式。
    2. 根据MAC地址划分VLAN
      这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分,即对每个MAC地址的主机都配置它属于哪个组。这种划分VLAN方法的最大优点就是当用户物理位置移动时,即从一个交换机换到其他的交换机时,VLAN不用重新配置,所以,可以认为这种根据MAC地址的划分方法是基于用户的VLAN,这种方法的缺点是初始化时,所有的用户都必须进行配置,如果有几百个甚至上千个用户的话,配置是非常累的。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低,因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员,这样就无法限制广播包了。另外,对于使用笔记本电脑的用户来说,他们的网卡可能经常更换,这样,VLAN就必须不停地配置。
    3. 根据网络层划分VLAN
      这种划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的,虽然这种划分方法是根据网络地址,比如IP地址,但它不是路由,与网络层的路由毫无关系。这种方法的优点是用户的物理位置改变了,不需要重新配置所属的VLAN,而且可以根据协议类型来划分VLAN,这对网络管理者来说很重要,还有,这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN,这样可以减少网络的通信量。这种方法的缺点是效率低,因为检查每一个数据包的网络层地址是需要消耗处理时间的(相对于前面两种方法),一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网帧头,但要让芯片能检查IP帧头,需要更高的技术,同时也更费时。当然,这与各个厂商的实现方法有关。
    4. 根据IP组播划分VLAN
    IP 组播实际上也是一种VLAN的定义,即认为一个组播组就是一个VLAN,这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网,因此这种方法具有更大的灵活性,而且也很容易通过路由器进行扩展,当然这种方法不适合局域网,主要是效率不高。

    利用Cisco Packet Tracer实现VLAN划分实验

    网络拓扑图

    首先打开Cisco Packet Tracer软件,连接本次实验所需要的交换机和主机如下:
    在这里插入图片描述

    以主机A为例配置IP地址如下
    在这里插入图片描述

    交换机0的配置

    在交换机中创建三个Vlan,VLAN的名字可以自己起
    在这里插入图片描述
    接来下将接口划分在不同的VLAN中并显示VLAN信息如下:
    在这里插入图片描述
    为交换机之间的端口划分Trunk端口
    在这里插入图片描述
    在另一台交换机1中也进行类似的配置,可以看到端口被划分在不同的VLAN中
    在这里插入图片描述

    测试结果

    以主机A和主机E为例测试配置结果:
    主机A
    在这里插入图片描述
    主机E
    在这里插入图片描述
    由最终结果可知,主机A只能ping通主机D,而无法ping通主机B、C、E、F,这是由于主机A和主机D共同被分配在Vlan101中,而与其他主机并不在同一个Vlan,所以数据包无法到达
    主机B只能ping通主机E,而无法ping通主机A、C、D、F,这也是由于主机B和主机E共同在Vlan102中,在同一个Vlan中的主机可以相互连通,而在不同Vlan中的主机数据包将无法达到,即使它们连接到了同一个交换机。

    后记

    若有疑问,欢迎留言评论

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