虚拟局域网
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虚拟局域网. 3. 3. 4.1 虚拟局域网概述. 1. 3. 4.2 虚拟局域网的划分. 4.5 三层交换技术. 2. 5. 4.3 虚拟局域网的基本配置. 4.4 虚拟局域网中数据的转发. 4. 虚拟局域网. 4.1 虚拟局域网概述. 广播风暴的产生. 虚拟局域网的产生. 广播风暴导致的后果. 如何解决广播风暴的问题. 广播风暴的产生. 广播风暴的产生.

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3

3

4.1 虚拟局域网概述

1

3

4.2 虚拟局域网的划分

4.5三层交换技术

2

5

4.3 虚拟局域网的基本配置

4.4虚拟局域网中数据的转发

4

虚拟局域网


4.1 虚拟局域网概述

广播风暴的产生

虚拟局域网的产生

广播风暴导致的后果

如何解决广播风暴的问题



广播风暴的产生

在交换机构成的网络中,所有设备都会转发广播帧,因此任何一个广播帧或多播帧(Multicast Frame)都将被广播到整个局域网中的每一台主机,如图4-1所示,主机A向主机B通信,它首先广播一个ARP请求,以获取主机B的MAC地址;此时主机A上连的二层交换机收到ARP广播后,会将它转发给除接收端口外的其他所有端口,也就是Flooding泛洪;接着,其他的收到这个广播帧的交换机(包括三层交换机)也会作同样的处理,最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有主机上;如果此时网络中的其他主机也要和别的主机进行通信,必然产生大量的广播。


广播风暴的产生

图4-1 ARP广播扩散


广播风暴导致的后果

在网络通信中,广播信息是普遍存在的 ,这些广播帧将占用大量的网络带宽,导致网络速度和通信效率的下降,并额外增加了网络主机为处理广播信息所产生的负荷。


那么如何解决广播风暴的问题(在交换机上划分vlan)

路由器能实现对广播域的分割和隔离。但路由器所带的以太网接口数量很少,一般为1-4个,远远不能满足对网络分段的需要,而交换机配备有较多的以太网端口,为在交换机中实现不同网段的广播隔离产生了VLAN交换技术。

一个VLAN就是一个网段,通过在交换机上划分VLAN(同一交换机上可划分不同的VLAN,不同的交换机上可属于同一个VLAN),可将一个大的局域网划分成若干个网段,每个网段内所有主机间的通信和广播仅限于该VLAN内,那么广播帧不会被转发到其他网段。即一个VLAN就是一个广播域,VLAN间不能直接通信,从而实现了对广播域的分割和隔离。

图4-2 VLAN的广播域


4.2 虚拟局域网的划分

4.2.1 VLAN的划分方法

在实际应用中,通常需要跨越多台交换机的多个端口划分VLAN,比如,同一个部门的员工,可能会分布在不同的建筑物或不同的楼层中,此时的VLAN,将跨越多台交换机,VLAN 的划分不受网络端口的实际物理位置的限制,如图4-5所示。

图4-5 跨交换机划分VLAN


虚拟局域网的实现有两种

1.静态

静态实现方式中,网络管理员将交换机端口分配给某一个VLAN。这种配置简单、安全、易于实现和监视。

2.动态

动态实现方式中,管理员必须先建立一个较复杂的数据库,例如输入要连接的网络设备的MAC地址及相应的VLAN号,这样,当网络设备接到交换机端口时交换机自动把这个网络设备所连接的端口分配给相应的VLAN。动态VLAN的配置可以基于网络设备的MAC地址、IP地址、应用或者所使用的协议。实现动态VLAN时必须利用管理软件来进行管理。在CISCO交换机上可以使用VLAN管理策略服务器(VMPS)实现基于MAC地址的动态VLAN配置。它建立MAC地址与VLAN的映射表。

VLAN的划分方法


基于策略的VLAN

基于端口的VLAN

基于IP组播VLAN

基于协议的VLAN

基于IP子网的VLAN

基于MAC地址的VLAN

按照定义VLAN成员关系的不同,虚拟局域网有以下几种:

其中只有按端口号划分的属于静态方式,其余的都属于动态方式。


1 vlan
1.基于端口的VLAN

针对交换机的端口进行VLAN的划分,它不受接在交换机端口上的主机的变化而变化,是目前最常用的一种VLAN划分方法。

实际上它是一些交换端口的集合,管理员只需管理和配置这些交换端口,而不管交换端口连接的是什么设备(PC机、交换机、路由器等),

此种方法简单有效,VLAN从逻辑上把交换机端口划分为不同的逻辑子网,各虚拟子网相对独立。但是当一个客户站从一个端口移到另一个端口时,网管人员将不得不对VLAN成员进行重新配置。

锐捷网络的交换设备上基于端口的VLAN分为Port-VLAN和Tag-VLAN两类,其对应用的模式为Access和Trunk,Access模式所对应的端口只能属于一个Port-VLAN,Trunk模式所对应的端口可以透明地传输交换机上所有的VLAN帧,作为跨交换机的相同VLAN中数据传输之用。Trunk端口默认是属于交换机上所有VLAN的,并可以通过设置许可来限制某些VLAN不能通过。Trunk端口可以指定一个Native-VLAN,凡是属于此Native-VLAN的数据包在经过Trunk端口时,去除其Tag-VLAN的标记。


2 vlan
2.基于协议的VLAN

在一个多类型的协议环境中,通过区分传输数据所用的三层协议来划分VLAN的成员。但在一个主要以IP协议为主的网络环境中,这种方法不太实用。


3 mac vlan
3.基于MAC地址的VLAN

基于主机的MAC地址进行VLAN划分,是由管理人员指定属于同一个VLAN中的各服务器和客户机的MAC地址,该VLAN是一些MAC地址的集合。

新站点入网时根据需要将其划归至某一个VLAN。

 优点:无论该站点在网络中怎样移动,由于其MAC地址保持不变,因此用户不需要进行网络地址的重新配置,不需要重新划分VLAN。因此,用MAC地址定义的VLAN可能看成是基于用户的VLAN。

 缺点:在站点入网时,所有的用户都必须被配置(手工方式)到至少一个VLAN中,只有在此种手工配置之后方可实现对VLAN成员的自动跟踪。因此在大型网络中采用此方法,初始配置工作会很大。

常仅用此方法将服务器的MAC地址、端口、VLAN一起绑定,以提高安全性。


4 ip vlan
4.基于IP子网的VLAN

IP子网指OSI模型的网络层,是第三层协议。基于第三层协议的VLAN实现,在决定VLAN成员身份时主要是考虑协议类型或网络层地址。根据每个主机的网络层地址或协议类型来划分VLAN,此种类型的VLAN划分需要将子网地址映射到VLAN,交换设备则根据子网地址而将各机器的MAC地址同一个VLAN联系起来。

优点:新站点在入网时无需进行太多配置,交换机则根据各站点网络地址自动将其划分成不同的VLAN,并且在第三层上定义的VLAN将不再需要报文标识,从而可以消除在交换设备之间传递VLAN成员信息而花费的开销。

在三种VLAN的实现技术中,基于网络地址的VLAN智能化程度最高,实现起来也最复杂。一个客户可以属于多个VLAN。目前按端口号划分虚拟局域网应用较广泛。


5 ip vlan
5.基于IP组播的VLAN

基于组播应用进行用户的划分,即将同一个组播组划分在同一VLAN中,这种划分方法可以将VLAN扩大到广域网,灵活性更大,能通过路由器进行扩展,但不太适合于局域网,其效率不高。


6 vlan
6.基于策略的VLAN

基于策略的VLAN是一种比较灵活有效的VLAN划分方法。该方法的核心是采用某一策略来进行VLAN的划分。目前,常用的策略有:

按MAC地址

按IP地址

按以太网协议类型

按网络应用


4 2 2 native vlan
4.2.2 指定Native VLAN

所谓Native VLAN,也叫缺省VLAN,在这个接口上收发未标记的报文,都被认为是属于这个VLAN的。通常VLAN 1作为缺省的Native VLAN,最好不要删除。

当一个未标记的帧经过trunk口时,会打上Native VLAN的标记;一个已标记的帧经过trunk口时,如果其标记的VLAN与trunk口的Native VLAN相同,则会剥去标记。

一个交换机的端口若定义为Access Port,在未将此端口分给任何VLAN时,缺省情况下属于VALN 1,此时其Native VLAN也就是VALN 1。若将此端口划分给某个VLAN(如VLAN 10),则此VLAN即为本端口的Native VLAN,它只能传输属于这个VLAN 的帧,其他帧不能传输。

一个交换机的端口若定义为Trunk port,它能传输多个VLAN 的数据帧,在没有特别指定的情况下,此Trunk port的Native VLAN为VLAN 1。如果此Trunk port的Native VLAN不是VLAN 1,则必须用switchport trunk native vlan 10 来指定Native VLAN为vlan10。用no switchport trunk native vlan来恢复Native VLAN为vlan1。

在配置Trunk 链路时,必须保证连接链路的两个端口的Trunk 口属于相同的native VLAN。


4.3 虚拟局域网的基本配置

4.3.1 VLAN的基本配置和常规命令

表4-1 交换机端口与 VLAN间的对应关系


1 port vlan
1.配置Port VLAN的基本步骤

(1)创建VLAN10,将它命名为test的例子

Switch# configure terminal

Switch(config)# vlan 10

Switch(config-vlan)# name test

Switch(config-vlan)# end

(2)把接口 0/10加入VLAN10

Switch# configure terminal

Switch(config)# interface fastethernet 0/10

Switch(config-if)# switchport mode access

Switch(config-if)# switchport access vlan 10

Switch(config-if)# end

(3)将一组接口加入某一个VLAN

Switch(config)#interface range fastethernet 0/1-8,0/15,0/20

Switch(config-if-range)# switchport access vlan 20

注:连续接口 0/1-8,不连续接口用逗号隔开,但一定要写明模块编号


2 tag vlan trunk
2.配置Tag VLAN-Trunk的常用命令

(1)把Fa0/1配成Trunk口

Switch# configure terminal

Switch(config)# interface fastethernet0/1

Switch(config-if)# switchport mode trunk

(2)把端口Fa0/20 配置为Trunk端口,但是不包含vlan 2:

Switch(config)# interface fastethernet 0/20

Switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan remove 2

Switch(config-if)# end


3 native vlan
3.配置Native VLAN

(1)将vlan 20指定为native vlan

Switch(config)# interface fastethernet 0/20

Switch(config-if)# switchport trunk native vlan 20

Switch(config-if)# end

(2)将fastethernet 0/20的native vlan 恢复到VLAN 1

Switch(config)# interface fastethernet 0/20

Switch(config-if)# no switchport trunk native vlan

Switch(config-if)# end

注意:

每个Trunk口的缺省native VLAN是VLAN 1

在配置Trunk链路时,要确保连接链路两端的Trunk口属于相同的native VLAN


4 vlan
4.其他VLAN配置命令

(1)显示所有的VLAN

Switch# Show vlan

(2)显示某一端口的相关信息包括VLAN,TRUNK等

Switch# Show interface fastethernet0/20 swithchport

(3)将VLAN信息保存到flash中

Switch# write memory

(4)从flash中只清除VLAN信息

Switch# delete flash:vlan.dat

(5)从RAM中删除VLAN

Switch(config)# no vlan VLAN-id


4 3 2 vlan
4.3.2跨交换机配置VLAN

在同一台交换机上可以创建不同的VLAN,每个VLAN是一个广播域,因而这两个不同VLAN的主机相互不能通信。

在不同的交换机上可以创建相同的VLAN,要想同一VLAN内能够相互通信,要么两台交换机上仅有一个VLAN,要么两台交换机之间的链路是TRUNK。

TRUNK链路连接的两台交换机,只能相同的VLAN内部通信,不同的VLAN之间不能通信。


网络拓扑】

【实验目的】

(1)在同一台交换机上创建不同的VLAN,验证相互不能PING通;

(2)在不同的交换机上创建相同的VLAN;

(3)配置TRUNK链路,验证不同的交换机相同的VLAN能PING通;

4.3.2跨交换机配置VLAN

同于图4-7


4 3 2 vlan1
4.3.2跨交换机配置VLAN

【实验配置】

书P31-32页所示

【测试结果】

1)同一交换机中划分不同的VLAN,相互不通

2)不同交换机中属于同一VLAN,通过TRUNK链路,相互能通

【验证命令】

S2126G# ping 192.168.10.1

S2126G# show vlan

S2126G# show interfaces FastEthernet 0/24

S2126G#show interface vlan

S2126G#show interface switchport

S2126G#show interface trunk


4.4 虚拟局域网中数据的转发

下面讲述交换机中VLAN数据的转发过程

交换机通过MAC地址表进行数据帧的转发,而引入VLAN后,交换机在MAC地址表中增加VLAN信息,也就是说交换机对每一个VLAN都维护一个本VLAN的MAC地址表。

在数据转发时,先在同一VLAN的MAC地址表中,根据数据帧中的目的MAC地址进行查找,若找到的话,就进行转发;若找不到,就向此VLAN的网关发送,由此VLAN网关向其他网段(不同的VLAN)进行路由表的查询。


4 4 1 vlan
4.4.1 同一VLAN不同交换机之间的数据转发

VLAN内的主机彼此间可以自由通信,当VLAN成员分布在多台交换机的端口上时,使用TRUNK进行通信。如图4-7所示,PC1与PC3之间、PC2与PC4之间的数据转发经过Trunk Link。

用于实现各VLAN在交换机间通信的链路,称为交换机的汇聚链路或主干链路(Trunk Link)。用于提供汇聚链路的端口,称为汇聚端口。汇聚端口的速率应在100Mbps以上。

引入VLAN后,交换机的端口按用途分为访问连接端口(Access Link)和汇聚连接(Trunk Link)端口。访问连接端口连接PC机,它只属于某一个VLAN,并仅向该VLAN发送或接收数据帧。汇聚连接端口属于所有VLAN共有,承载所有VLAN在交换机间的通信流量。


4 4 2 vlan
4.4.2 不同的VLAN之间的数据转发

由于二层交换机是没有办法使不同的vlan进行通信的,若要实现VLAN间的通信,就必须为VLAN设置路由,可使用路由器或三层交换机来实现。

1.使用单臂路由实现不同VLAN之间的数据转发

2.使用三层交换机实现不同VLAN之间的数据转发


1 vlan1
1.使用单臂路由实现不同VLAN之间的数据转发

对于没有路由功能的二层交换机,若要实现VLAN间的相互通信,就要借助外部的路由器(单臂路由)来为VLAN指定默认路由,此时路由器的快速以太网接口与交换机的快速以太网端口,应以汇聚链路的方式相连,并在路由器的快速以太网接口上,为每一个VLAN创建一个对应的逻辑子接口,并设置逻辑子接口的IP地址,该IP地址以后就成为该VLAN的默认网关(路由)。由于这些逻辑子接口是直接连接在路由器上的,一旦每个逻辑子接口设置了IP地址后,路由器就会自动在路由表中为各VLAN添加路由,从而实现VLAN间的路由转发。如图4-8所示。

当路由器的一个接口连接的交换机有多个VLAN时,这多个VLAN通过路由器进行不同VLAN之间的通信,产生一个链路连接多个子网的单臂路由结构。因此有几个VLAN就必须建立几个逻辑子接口,给每个逻辑子接口配置IP地址,并与相关的VLAN建立关联,指定交换机与路由器之间链路的封装协议。

图4-8 同一VLAN不同交换机之间的数据转发


2 vlan1
2.使用三层交换机实现不同VLAN之间的数据转发

和物理网络一样,一个VLAN通常和一个IP子网联系在一起。所有在同一个IP子网中的主机属于同一个VLAN。VLAN之间的通讯可以通过三层设备(路由器或者三层交换机)。使用三层交换机来配置VLAN和提供VLAN间的通讯,比使用路由器更好,配置和使用也更方便。


三层交换机与二层交换机之间的连接有多种方式,可以定义三层交换机的连接口为以下几种情况:三层交换机与二层交换机之间的连接有多种方式,可以定义三层交换机的连接口为以下几种情况:

(1)三层路由口(routed port):它相当于一个路由器的物理接口,通过 no switchport命令把一个三层交换机的接口设为三层接口而非缺省时的二层接口。在三层交换机上,每个接口都可以定义为三层路由口,为其配置IP地址,连接某一个网络,通常采用此方式,与二层交换机的连接,二层交换机仅属于同一VLAN,三层交换机的三层路由口作为此VLAN的网关接口。

(2)TRUNK口,也可以将多个二层接口聚合成一个逻辑接口,再使此聚合口为TRUNK口,这样下连的二层交换机可以定义多个VLAN,这多个VLAN通过相互间连接的TRUNK口到达三层交换机,在三层交换机中定义虚拟交换接口(SVI),也就是各VLAN的网关,从而通过三层交换机的路由模块,使不同的VLAN间转发数据。

锐捷的三层交换机可以通过SVI接口(switch virtual interfaces)来进行VLAN之间的IP路由。通过interface vlan 接口配置命令来创建一个SVI接口,然后给SVI接口分配一个IP地址,此IP地址就是这个VLAN中所有主机的默认网关,从而建立VLAN之间的路由。

(3)三层模式下的聚合链路(L3 Aggregate Link):它将多个三层接口进行聚合,成为一个逻辑的三层接口,再给此聚合成的逻辑接口定义为三层口,并指定其IP地址。

(4)ACCESS接口。如果将三层交换机与二层交换机之间的连接口定义为ACCESS接口,则下连的二层交换机必须属于同一VLAN,与此ACCESS接口的VLAN相同。


类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:

(1)三层路由口(routed port):上下均为三层接口,属于同一网段,它相当于两个路由器互连,通常要通过三层协议达到两台三层交换机之间的不同网络相互通信。

(2)TRUNK口,也可以将多个二层接口聚合成一个逻辑接口,再使此聚合口为TRUNK口,这样下连的三层交换机相当于一台二层交换机,配置简单,但如果VLAN较多,此链路容易堵塞。

(3)三层模式下的聚合链路(L3 Aggregate Link):它将多个三层接口进行聚合,成为一个逻辑的三层接口,再给此聚合成的逻辑接口定义为三层口,并指定其IP地址,这种方式同于(1),相当于两台路由器互连,只不过增加了链路的带宽。

(4)ACCESS接口。两个三层交换机的ACCESS接口属于同一VLAN,且下连的三层交换机都属于此VLAN,否则,其它VLAN的数据不能到达此ACCESS接口。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

4.5.1 三层交换技术的基本原理

VLAN的默认设置是VLAN之间不允许通讯,要实现VLAN 之间的通讯,必须使用路由器。但是路由器要把每一个数据包的目的地址与自己的路由表项对比以决定数据包的去向,处理速度相对缓慢,如果在大型网络核心中使用路由器来进行VLAN间的数据交换将降低整个网络的效率。更重要的是,路由器的端口数有限,从而限制了子网的连接个数。于是产生了将交换机的快速交换能力和路由器的路由寻址能力结合起来的三层交换技术。

简单地说,三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。它解决了局域网中网段划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

三层交换(也称多层交换技术,或IP交换技术)是相对于传统交换概念而提出来的。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的,而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。

一个具有三层交换功能的交换机,是一个带有第三层路由功能的交换机,是交换技术和路由技术的有机结合,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。

硬件上,三层交换机的接口模块同二层交换机的接口模块一样,是通过高速背板/总线(速率在几十Gbps以上)交换数据的,而第三层路由硬件模块也是插接在高速背板/总线上。这就使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据,从而突破了传统路由器接口速率的限制,实现高速路由交换。对数据包的转发,如IP/IPX的转发,可通过硬件完成。

软件上,路由信息的更新、路由表的维护、路由的计算、路由的确定等,都是由软件完成。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

下面简述两个使用IP协议的两台主机通过第三层交换机进行通信的过程。如图4-9所示,有4台主机与三层交换机互联。

图4-9 三层交换机通信过程


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,将自己的源IP地址192.168.10.1与B站的目标IP地址192.168.10.2进行比较,判断B站是否与自己在同一子网内。目的站B与发送站A在同一子网内(VLAN 10),则进行二层的转发。

二层转发的具体步骤如下:

(1)站点A在转发数据前,必须得到站点B的 MAC地址

在站点A上从应用层到传输层、再到网络层,封装成了IP数据包,其目标IP为站点B的IP192.168.10.2和源IP为站点A的192.168.10.1均放在包头内。从网络层到数据链路层时,必须知道目标的MAC地址,才能封装从数据帧,以便由物理层完成一个个Bit的转发。

站点A首先查看自己的ARP表(Windows中用arp –r命令查看ARP表,将显示IP地址Internet Address、与MAC地址Physical Address的对应关系)。如果在ARP表中找不到目标IP地址所对应的MAC地址,站点A必须发送一个ARP广播报文,请求站点B的MAC地址。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

该ARP请求报文进入交换机后,交换机首先进行源MAC地址学习,二层芯片自动把站点A的MAC地址0011.2F06.E011以及进入交换机的端口号1等信息填入到二层芯片的MAC地址表中(MAC地址表是MAC地址与端口之间的对应关系)。由于此时是一个ARP广播报文,交换机把这个广播报文从进入交换机端口所属的VLAN 10中进行广播。站点B收到这个ARP请求报文之后,会立刻发送一个ARP回复报文,这个报文是一个单播报文,源MAC地址为站点B的MAC地址0011.2F06.E012,目的MAC地址为站点A的MAC地址0011.2F06.E011。该报文进入交换机后,交换机同样进行源MAC地址学习,二层芯片同样把站点B的MAC地址0011.2F06.E012以及站点B进入交换机的端口号2等信息填入到二层芯片的MAC地址表中,此时二层芯片就完成了站点A和B与端口之间的对应关系(MAC地址与端口之间的对应表)。根据此MAC地址表中,交换机就能把此单播报文从站点A对应的端口中转发给站点A。

一旦站点A知道站点B的MAC地址后,就在自己的ARP表中记录了站点B的IP地址和MAC地址之间的对应关系。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

(2)站点A产生数据帧(帧1),并在物理层发送此数据帧。

(3)交换机收到站点A发来的帧1后,首先在此数据帧上加上VLAN 10 的标记,变成帧2,然后交换机通过查找MAC地址表(交换机上的命令为show mac-address-table),发现站点B连在交换机的端口2上;因此第二层交换模块将数据帧2去除VLAN 10标记后,又变成了帧1,从端口2发送给站点B。

(4)以后A、B之间进行通信或者同一网段的其他站点想要与A或与B通信,交换机只要通过查找MAC地址表就知道该把报文从哪个端口送出了。如果在查找MAC地址表时找不到匹配表项,交换机就会在进入端口所属的VLAN中广播,从而得到目标MAC地址与端口的对应关系。这些都是由二层交换模块完成的。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

下面我们看一下两个站点通过三层模块实现跨VLAN的通信是怎样一个过程。

(1)站点A向站点C发送数据时,站点A检查出自己与站点C不在同一子网内(分属VLAN10,VLAN20),因此站点A将把数据发送给自己的默认网关(默认网关通过TCP/IP协议中已指定)。

站点A同样把数据从应用层到传输层,到网络层,封装成了IP数据包,其目标IP为站点C的IP192.168.20.1和源IP为站点A的192.168.10.1均放在包头内。从网络层到数据链路层时,必须得到默认网关的MAC地址。

站点A先查自己的ARP表,找到默认网关的IP地址与MAC地址的对应关系。如果ARP表中没有这一项,同样要向此“默认网关”发出ARP请求报文,而“默认网关”的IP地址其实就是三层交换机上站点A所属VLAN的IP地址(SVI地址)。当发送站A对“默认网关”的IP地址广播出一个ARP请求时,交换机就向发送站A回一个ARP回复报文,告诉站点A交换机此VLAN 10的MAC地址,同时通过软件把站点A的IP地址、MAC地址、与交换机直接相连的端口号等信息记录到三层模块相关表项中。

站点A收到这个ARP回复报文之后,产生数据帧(帧3),并向交换机的第三层模块发送此数据帧3。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

(2)交换机收到此数据帧3后,加上VLAN 10 的标记,形成数据帧4,交给交换机的第三层模块,第三层模块像路由器一样处理数据包。

首先第三层模块打开此数据帧4,取出其中的IP包,根据目标IP地址192.168.20.1,查找路由表,在三层交换机上用show ip route 命令,效果如下:

C 192.168.10.0/24 is directly connected, Vlan10

C 192.168.20.0/24 is directly connected, Vlan20

从而找到了目标路由为直连网段之一(VLAN 20)。

如果路由表中没有找到匹配的表项,则第三层模块会把IP包送给CPU处理,进行软路由,或报出错。

(3)交换机第三层模块再将此IP包从VLAN 10 转到VLAN 20的SVI接口上,准备重新封装成新的数据帧。

在三层交换机中找ARP表(show arp),查找站点C的IP地址所对应的MAC地址,如果没有找到,则在VLAN 20范围内进行ARP广播。从下列表中可知,三层交换机的多个VLAN的SVI的MAC地址都是其三层模块的MAC地址(Hardware Addr:00E0.F90E.ACE0)。

Protocol Address Age (min) Hardware Addr Type Interface

Internet 192.168.10.1 1 0011.2f06.e011 ARPA Vlan10

Internet 192.168.10.254 - 00E0.F90E.ACE0 ARPA Vlan10

Internet 192.168.20.1 1 0011.2f06.e021 ARPA Vlan20

Internet 192.168.20.254 - 00E0.F90E.ACE0 ARPA Vlan20

然后,将源MAC地址为VLAN 20的Hardware Addr:00E0.F90E.ACE0,目标MAC地址为站点C的MAC地址0011.2f06.e021,形成新的数据帧5(含有VLAN 20的标记)。

交换机的第二层模块收到数据帧5后,再根据站点C的MAC地址0011.2f06.e021,在二层模块中查找VLAN 20中的MAC地址表,找出站点C所在的端口f0/3。


4.5 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术

(4)交换机第三层模块把此数据帧5去除VLAN 20 标记,产生数据帧6从站点C所在的端口f0/3转发出去。

(5)经过一次路由后,交换机的二层模块中已经保留了不同VLAN两站点的MAC地址,如下所示:

Vlan Mac Address Type Ports

10 00d0.97d1.3e61 DYNAMIC Fa0/1

20 000d.bde9.227e DYNAMIC Fa0/2

因此,下一次站点A、C之间再通信时,交换机直接把数据帧从指定的端口转发出去。而不必再将数据交三层模块进行拆帧、查路由表、封帧的过程。这就是所谓的“一次路由,多次交换”的工作模式,大大提高了转发速度。


4 5 2
4.5.2 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术的基本配置

【网络拓扑】

如图4-9

【实验环境】

如图4-9

【实验目的】

(1)在一台三层交换机上创建不同的VLAN;

(2)验证不同的VLAN相互PING通;

图4-9 三层交换机通信过程


4 5 21
4.5.2 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术的基本配置

【实验配置】(重要步骤如下)

交换机S3550-24:

Switch(config)# int vlan 20

注:创建虚拟接口vlan 20

Switch(config-if)#ip address 192.168.20.254 255.255.255.0

注:配置虚拟接口vlan 20的地址为192.168.20.254

Switch(config-if)#no shutdown

注:手工打开虚拟接口vlan 20

Switch(config-if)#exit

注:返回到全局配置模式


4 5 22
4.5.2 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:三层交换技术的基本配置

【验证命令】

Switch# show ip int

【测试结果】

将PC A、PC B、PC C、PC D分别插到端口1、端口2、端口3、端口4上,将 PC A、 PC B、PC C、PC D的地址分别为192.168.10.1、192.168.10.2、192.168.20.1、192.168.20.2;PC A 和 PCB的默认网关设置为192.168.10.254,PC C和PC D的默认网关设置为192.168.20.254。在PC A上PING192.168.10.2、192.168.20.1、192.168.20.2,都能PING通;


4.6类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:单臂路由在虚拟局域网中的应用

【网络拓扑】

同于图4-8

【实验环境】

(1)把几台主机与一台二层交换机相连,建立两个VLAN:2 和3

(2)将二层交换机的24号端口与一台路由器相连

【实验目的】

掌握单臂路由的配置方法,使不同VLAN的两台主机能够ping通对方

  • 图4-8 同一VLAN不同交换机之间的数据转发


4.6类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:单臂路由在虚拟局域网中的应用

【实验配置】

书p41-42页(重点关注路由器的配置)

/*配置子端口,子端口号10自定,但不能与VLAN号相同*/

R2632(config)# int f1/0.10

/* 封装命令为enc dot1q VLAN号 ,2为VLAN号*/

R2632(config-subif)# enc dot1q 2

/*设置子端口的IP地址为192.168.2.1 */

R2632(config-subif)# ip add 192.168.2.1 255.255.255.0

R2632(config-subif)# no shut

R2632(config-subif)# exit

/*配置子端口,子端口号这20自定*/

R2632(config)# int f1/0.20

/* 封装命令为enc dot1q VLAN号 ,3为VLAN号*/

R2632(config-subif)# enc dot1q 3

R2632(config-subif)# ip add 192.168.3.1 255.255.255.0

R2632(config-subif)# no shut

R2632(config-subif)# exit


4.6类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:单臂路由在虚拟局域网中的应用

【测试结果】

(1)将VLAN2中的计算机PC1和PC2的IP地址设置在192.168.2.0/24的网段,网关为为192.168.2.1,将VLAN3中的计算机PC3等的IP地址设置在192.168.3.0/24的网段,网关为192.168.3.1,VLAN2中的计算机PING VLAN3中的计算机,能通。

【验证命令】

在PC 1上

ping 192.168.2.1

ping 192.168.2.10

ping 192.168.3.1

ping 192.168.3.10

在二层交换机上

S2126G# show vlan

S2126G# show interfaces FastEthernet 0/24

S2126G# show interface vlan

S2126G# show interface switchport

S2126G# show interface trunk


4.7 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:虚拟局域网的综合配置

4.7.1 多层交换结构中三层交换机的配置

在多层交换结构中三层交换机下连多台二层交换机,采用最常用的配置方式,在三层交换机中定义SVI,完成三层转发;在三层交换机与二层交换机之间采用TRUNK链路,并限制此TRUNK链路上的VLAN,实现各子网的互联。


多层交换结构中三层交换机的配置类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:

【网络拓扑】

【实验环境】

(1)在三层交换机端口1上接一台二层交换机,端口24上接另一台二层交换机,作为TRUNK链路,如图4-10所示

(2)在二个二层交换机上分别划分二个不同的虚拟局域网

(3)在三层交换机上其他的端口划分二个不同的虚拟局域网

(4)在VLAN10的虚拟局域网中的计算机在IP地址在192.168.10.0/24网段,网关为192.168.10.254;在VLAN20的虚拟局域网中的计算机在IP地址在192.168.20.0/24网段,网关为192.168.20.254

图4-10 三层交换机连接的多层结构


多层交换结构中三层交换机的配置类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:

【实验目的】

(1)熟悉二层交换机和三层交换机VLAN的配置方法

(2)掌握不同的VLAN之间通信的方法

【实验配置】

书上P39-41页

【测试结果】

(1)不仅同在一个VLAN中的计算机能PNG通,而且属不同VLAN的计算机也能PING通。

(2)要想不同VLAN之间能相互通信,其中一种方法是在三层交换机上创建VLAN的虚拟接口SVI,并设置对应VLAN中的计算机的网关为VLAN的虚拟接口IP地址。


多层交换结构中路由器的配置 类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:

用一台路由器,其两个以太网口分别连接两台二层交换机,每个二层交换机划分了不同的VLAN,对路由器和交换机进行配置,使全网互通。

【网络拓扑】

图4-11 路由器连接的多层结构


多层交换结构中路由器的配置类似地,三层交换机与三层交换机之间的连接也有多种方式,分为以下几种情况:

【实验环境】

(1)在路由器端口f1/0上接一台二层交换机,端f1/1上接另一台二层交换机。二层交换机与路由器之间建立TRUNK链路,如图4-11所示。

(2)在两个二层交换机上分别划分两个不同的虚拟局域网VLAN 2、3、4、5。

(3)在路由器上的两个以太网端口上建立等量的逻辑子接口,f1/0.2 、f1/0.3、f1/1.4 、f1/1.5。

(4)VLAN2:192.168.2.0/24网段,网关为192.168.2.1;VLAN3:192.168.3.0/24网段,网关为192.168.3.1。VLAN4:192.168.4.0/24网段,网关为192.168.4.254,VLAN5:192.168.5.0/24网段,网关为192.168.5.254。

【实验目的】

(1)熟悉二层交换机和路由器的综合配置方法

(2)掌握不同VLAN之间通信的方法

【实验配置】

这里只给出路由器的配置:

R2632-1:

R2632-1(config)# int f1/1.4

R2632-1(config-subif)# enc dot1q 4

R2632-1(config-subif)# ip address 192.168.4.1 255.255.255.0

R2632-1(config-subif)#no shut

R2632-1(config-subif)# exit

R2632-1(config)# int f1/1.5

R2632-1(config-subif)# enc dot1q 5

R2632-1(config-subif)# ip address 192.168.5.1 255.255.255.0

R2632-1(config-subif)# no shut

R2632-1(config-subif)# exit

R2632-1(config)# int f1/0.2

R2632-1(config-subif)# enc dot1q 2

R2632-1(config-subif)# ip address 192.168.2.1 255.255.255.0

R2632-1(config-subif)# no shut

R2632-1(config-subif)# exit

R2632-1(config)# int f1/0.3

R2632-1(config-subif)# enc dot1q 3

R2632-1(config-subif)# ip address 192.168.3.1 255.255.255.0


多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置

用一台路由器的一个以太网接口与三层交换机相连,在三层交换机上连接了不同的子网,使各个子网能够访问路由器所连接的外网。

【网络拓扑】

图4-12 路由器连接的多层结构


多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置

【实验环境】

(1)如图4-12所示。在路由器端口f1/1上连接一台三层交换机,在三层交换机上划分两个不同的虚拟局域网VLAN 4、5,代表不同的局域网内网的各个子网。VLAN4:192.168.4.0/24网段,网关为192.168.4.254,其计算机的IP地址为:192.168.4.4。VLAN5:192.168.5.0/24网段,网关为192.168.5.254,其计算机的IP地址为:192.168.5.5。

(2)在路由器另一端口f1/1上连接一台了PC机,IP地址为192.168.0.2,代表外部的网络。

(3)三层交换机与路由器之间的连接,可以定义三层交换机f0/23口为:

属于VLAN 1的ACCESS口,使路由器的f1/1与VLAN 1在同一网段,在三层交换机上设置默认路由到下一跳的地址(f1/1的口地址),并定义每一个VLAN 的SVI,使各子网通过三层交换机互访。这种设置的优势是三层交换机内网之间的访问全部限制在三层交换机内部,由于园区网中内网的带宽很高,大都在千兆,有的甚至在万兆以上,从而减少了访问外网的压力。

TRUNK口,在三层交换机上定义的TRUNK口,能使每一个VLAN都能通过,因而无论是VLAN 4,还是VLAN 5 都会将自己的数据包发给此TRUNK口,从而增加了路由器处理这些仅需内部交换的数据包的负担。但是如果内网之间相互访问很少,大都是访问外网,且即使内网相互访问也要受到限制时,就可以通过路由器来转发各子网间的数据,并定义访问控制列表(目前有些三层交换机不支持子网间的访问控制),此时是把三层交换机当二层交换机使用。

三层口,这种方式将三层交换机当作一台路由器使用,三层交换机与路由器之间通过三层路由协议,互相学习路由,实现全网互通。三层交换机内的子网通过二层转发或SVI三层路由实现互通,而外部网络通过路由表进行转发。


多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置

【实验目的】

(1)熟悉多层网络结构中三层交换机和路由器的综合配置方法

(2)掌握多层网络结构中交换机和路由器之间不同连接方法中的区别

【实验配置】

这里只给出主要的参考步骤:

1.路由器的主要配置

R2632-1(config)# interface FastEthernet 1/0

R2632-1(config-if)# ip address 192.168.0.254 255.255.255.0

!

R2632-1(config)# interface FastEthernet 1/1

R2632-1(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0

!定义两条静态路由

R2632-1(config)# ip route 192.168.4.0 255.255.255.0 192.168.1.2

R2632-1(config)# ip route 192.168.5.0 255.255.255.0 192.168.1.2


多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置

2.三层交换机中f0/23口的配置(分三种情况)

(1)定义三层交换机f0/23口为VLAN 1的ACCESS口

S3760 (config)# interface f0/23

S3760 (config-if)# switchport mode access

S3760 (config-if)# switchport access vlan 1

S3760 (config)# interface VLAN 1

S3760 (config-if)# ip address 192.168.1.2 255.255.255.0

(2)定义三层交换机f0/23口为TRUNK口

S3760 (config)# interface f0/23

S3760 (config-if)# switchport mode trunk

S3760 (config)# interface VLAN 1

S3760 (config-if)# ip address 192.168.1.2 255.255.255.0

(3)定义三层交换机f0/23口为三层路由口

S3760 (config)# interface f0/23

S3760 (config-if)# noswitchport

S3760 (config-if)# ip address 192.168.1.2 255.255.255.0

3.三层交换机中其它配置

S3760 (config)# interface VLAN 4

S3760 (config-if)# ip address 192.168.4.254 255.255.255.0

!

S3760 (config)# interface VLAN 5

S3760 (config-if)# ip address 192.168.5.254 255.255.255.0

!定义一条静态路由

S3760 (config)# ip route 192.168.0.0 255.255.255.0 192.168.1.1

或定义一条默认路由

S3760 (config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.1.1


多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置

【测试结果】

(1)在各计算机上使不同VLAN中的计算机都能PING通。

(2)在路由器上能PING通各计算机

【验证命令】

S3760# show vlan

S3760# show interfaces FastEthernet 0/1

S3760# show interface vlan 2

S3760# show interface switchport

S3760# show interface trunk

S3760# show ip route

R2632-1# show ip route

R2632-1# ping 192.168.4.4 通PC4

R2632-1# ping 192.168.5.5 通PC5

PC2:\> ping 192.168.4.4

PC2:\> ping 192.168.5.5

PC4:\> ping 192.168.0.2

PC5:\> ping 192.168.0.2


Thank You !多层网络结构中三层交换机与路由器的综合配置