VLAN 設置實(shí)例全程解讀
什么是三層交換和VLAN？
要回答這個(gè)問(wèn)題我們還是先看看以太網(wǎng)的工作原理。以太網(wǎng)的工作原理是利用二進(jìn)制位形成的一個(gè)個(gè)字節組合成一幀幀的數據（其實(shí)是一些電脈沖）在導線(xiàn)中進(jìn)行傳播。首先，以太網(wǎng)網(wǎng)段上需要進(jìn)行數據傳送的節點(diǎn)對導線(xiàn)進(jìn)行監聽(tīng)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection帶有沖突監測的載波偵聽(tīng)多址訪(fǎng)問(wèn)）的載波偵聽(tīng)。
如果，這時(shí)有另外的節點(diǎn)正在傳送數據，監聽(tīng)節點(diǎn)將不得不等待，直到傳送節點(diǎn)的傳送任務(wù)結束。如果某時(shí)恰好有兩個(gè)工作站同時(shí)準備傳送數據，以太網(wǎng)網(wǎng)段將發(fā)出“沖突”信號。這時(shí)，節點(diǎn)上所有的工作站都將檢測到?jīng)_突信號，因為這時(shí)導線(xiàn)上的電壓超出了標準電壓。
這時(shí)以太網(wǎng)網(wǎng)段上的任何節點(diǎn)都要等沖突結束后才能夠傳送數據。也就是說(shuō)在CSMA/CD方式下，在一個(gè)時(shí)間段，只有一個(gè)節點(diǎn)能夠在導線(xiàn)上傳送數據。而轉發(fā)以太網(wǎng)數據幀的聯(lián)網(wǎng)設備是集線(xiàn)器，它是一層設備，傳輸效率比較低。
沖突的產(chǎn)生降低了以太網(wǎng)的帶寬，而且這種情況又是不可避免的。所以，當導線(xiàn)上的節點(diǎn)越來(lái)越多后，沖突的數量將會(huì )增加。顯而易見(jiàn)的解決方法是限制以太網(wǎng)導線(xiàn)上的節點(diǎn)，需要對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行物理分段。將網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行物理分段的網(wǎng)絡(luò )設備用到了網(wǎng)橋與交換機。
網(wǎng)橋和交換機的基本作用是只發(fā)送去往其他物理網(wǎng)段的信息。所以，如果所有的信息都只發(fā)往本地的物理網(wǎng)段，那么網(wǎng)橋和交換機上就沒(méi)有信息通過(guò)。這樣可以有效減少網(wǎng)絡(luò )系某逋?。网桥和綋Q換腔諛勘闙AC（介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制）地址做出轉發(fā)決定的，它們是二層設備。
我們已經(jīng)知道了以太網(wǎng)的缺點(diǎn)及物理網(wǎng)段中沖突的影響，現在，我們來(lái)看看另外一種導致網(wǎng)絡(luò )降低運行速度的原因：廣播。廣播存在于所有的網(wǎng)絡(luò )上，如果不對它們進(jìn)行適當的控制，它們便會(huì )充斥于整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò )通信。廣播不僅消耗了帶寬，而且也降低了用戶(hù)工作站的處理效率。
由于各種各樣的原因，網(wǎng)絡(luò )操作系統（NOS）使用了廣播，TCP/IP使用廣播從IP地址中解析MAC地址，還使用廣播通過(guò)RIP和IGRP協(xié)議進(jìn)行宣告，所以，廣播也是不可避免的。網(wǎng)橋和交換機將對所有的廣播信息進(jìn)行轉發(fā)，而路由器不會(huì )。所以，為了對廣播進(jìn)行控制，就必須使用路由器。路由器是基于第3層報頭、目標IP尋址、目標IPX尋址或目標Appletalk尋址做出轉發(fā)決定。路由器是3層設備。
在這里，我們就容易理解三層交換技術(shù)了，通俗地講，就是將路由與交換合二為一的技術(shù)。路由器在對第一個(gè)數據流進(jìn)行路由后，將會(huì )產(chǎn)生一個(gè)MAC地址與IP地址的映射表，當同樣的數據流再次通過(guò)時(shí)，將根據此映射表直接從二層進(jìn)行交換而不是再次路由，提供線(xiàn)速性能，從而消除了路由器進(jìn)行路由選擇而造成網(wǎng)絡(luò )的延遲，提高了數據包轉發(fā)的效率。采用此技術(shù)的交換機我們常稱(chēng)為三層交換機。
那么，什么是VLAN呢？VLAN（Virtual Local Area Network）就是虛擬局域網(wǎng)的意思。VLAN可以不考慮用戶(hù)的物理位置，而根據功能、應用等因素將用戶(hù)從邏輯上劃分為一個(gè)個(gè)功能相對獨立的工作組，每個(gè)用戶(hù)主機都連接在一個(gè)支持VLAN的交換機端口上并屬于一個(gè)VLAN。
同一個(gè)VLAN中的成員都共享廣播，形成一個(gè)廣播域，而不同VLAN之間廣播信息是相互隔離的。這樣，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )分割成多個(gè)不同的廣播域（VLAN）。
一般來(lái)說(shuō)，如果一個(gè)VLAN里面的工作站發(fā)送一個(gè)廣播，那么這個(gè)VLAN里面所有的工作站都接收到這個(gè)廣播，但是交換機不會(huì )將廣播發(fā)送至其他VLAN上的任何一個(gè)端口。如果要將廣播發(fā)送到其它的VLAN端口，就要用到三層交換機。
如何配置三層交換機創(chuàng )建VLAN
以下的介紹都是基于Cisco交換機的VLAN。Cisco的VLAN實(shí)現通常是以端口為中心的。與節點(diǎn)相連的端口將確定它所駐留的VLAN。將端口分配給VLAN的方式有兩種，分別是靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的。
形成靜態(tài)VLAN的過(guò)程是將端口強制性地分配給VLAN的過(guò)程。即我們先在VTP （VLAN Trunking Protocol）Server上建立VLAN，然后將每個(gè)端口分配給相應的VLAN的過(guò)程。這是我們創(chuàng )建VLAN最常用的方法。
動(dòng)態(tài)VLAN形成很簡(jiǎn)單，由端口決定自己屬于哪個(gè)VLAN。即我們先建立一個(gè)VMPS（VLAN Membership Policy Server）VLAN管理策略服務(wù)器，里面包含一個(gè)文本文件，文件中存有與VLAN映射的MAC地址表。交換機根據這個(gè)映射表決定將端口分配給何種VLAN。這種方法有很大的優(yōu)勢，但是創(chuàng )建數據庫是一項非常艱苦而且非常繁瑣的工作。
下面以實(shí)例說(shuō)明如何在一個(gè)典型的快速以太局域網(wǎng)中實(shí)現VLAN。所謂典型的局域網(wǎng)就是指由一臺具備三層交換功能的核心交換機接幾臺分支交換機（不一定具備三層交換能力）。我們假設核心交換機名稱(chēng)為：COM；分支交換機分別為：PAR1、PAR2、PAR3……，分別通過(guò)Port 1的光線(xiàn)模塊與核心交換機相連；并且假設VLAN名稱(chēng)分別為COUNTER、MARKET、MANAGING……。
設置VTP DOMAIN
VTP DOMAIN 稱(chēng)為管理域。交換VTP更新信息的所有交換機必須配置為相同的管理域。如果所有的交換機都以中繼線(xiàn)相連，那么只要在核心交換機上設置一個(gè)管理域，網(wǎng)絡(luò )上所有的交換機都加入該域，這樣管理域里所有的交換機就能夠了解彼此的VLAN列表。
COM#vlan database 進(jìn)入VLAN配置模式
COM(vlan)#vtp domain COM 設置VTP管理域名稱(chēng)COM
COM(vlan)#vtp server 設置交換機為服務(wù)器模式
PAR1#vlan database 進(jìn)入VLAN配置模式
PAR1(vlan)#vtp domain COM 設置VTP管理域名稱(chēng)COM
PAR1(vlan)#vtp Client 設置交換機為客戶(hù)端模式
PAR2#vlan database 進(jìn)入VLAN配置模式
PAR2(vlan)#vtp domain COM 設置VTP管理域名稱(chēng)COM
PAR2(vlan)#vtp Client 設置交換機為客戶(hù)端模式
PAR3#vlan database 進(jìn)入VLAN配置模式
PAR3(vlan)#vtp domain COM 設置VTP管理域名稱(chēng)COM
PAR3(vlan)#vtp Client 設置交換機為客戶(hù)端模式
注意：這里設置交換機為Server模式是指允許在本交換機上創(chuàng )建、修改、刪除VLAN及其他一些對整個(gè)VTP域的配置參數，同步本VTP域中其他交換機傳遞來(lái)的最新的VLAN信息；Client模式是指本交換機不能創(chuàng )建、刪除、修改VLAN配置，也不能在NVRAM中存儲VLAN配置，但可以同步由本VTP域中其他交換機傳遞來(lái)的VLAN信息。
配置中繼
為了保證管理域能夠覆蓋所有的分支交換機，必須配置中繼。Cisco交換機能夠支持任何介質(zhì)作為中繼線(xiàn)，為了實(shí)現中繼可使用其特有的ISL標簽。ISL（Inter－Switch Link）是一個(gè)在交換機之間、交換機與路由器之間及交換機與服務(wù)器之間傳遞多個(gè)VLAN信息及VLAN數據流的協(xié)議，通過(guò)在交換機直接相連的端口配置ISL封裝，即可跨越交換機進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的VLAN分配和進(jìn)行配置。
在核心交換機端配置如下：
COM(config)#interface gigabitEthernet 2/1
COM(config-if)#switchport
COM(config-if)#switchport trunk encapsulation isl
COM(config-if)#switchport mode trunk
COM(config)#interface gigabitEthernet 2/2
COM(config-if)#switchport
COM(config-if)#switchport trunk encapsulation isl
COM(config-if)#switchport mode trunk
COM(config)#interface gigabitEthernet 2/3
COM(config-if)#switchport
COM(config-if)#switchport trunk encapsulation isl
COM(config-if)#switchport mode trunk
在分支交換機端配置如下：
PAR1(config)#interface gigabitEthernet 0/1
PAR1(config-if)#switchport mode trunk
PAR2(config)#interface gigabitEthernet 0/1
PAR2(config-if)#switchport mode trunk
PAR3(config)#interface gigabitEthernet 0/1
PAR3(config-if)#switchport mode trunk
此時(shí)，管理域算是設置完畢了。
創(chuàng )建VLAN
一旦建立了管理域，就可以創(chuàng )建VLAN了。
COM(vlan)#Vlan 10 name COUNTER 創(chuàng )建了一個(gè)編號為10名字為COUNTER的 VLAN
COM(vlan)#Vlan 11 name MARKET 創(chuàng )建了一個(gè)編號為11名字為MARKET的 VLAN
COM(vlan)#Vlan 12 name MANAGING 創(chuàng )建了一個(gè)編號為12名字為MANAGING的 VLAN
注意，這里的VLAN是在核心交換機上建立的，其實(shí)，只要是在管理域中的任何一臺VTP 屬性為Server的交換機上建立VLAN，它就會(huì )通過(guò)VTP通告整個(gè)管理域中的所有的交換機。但是如果要將交換機的端口劃入某個(gè)VLAN，就必須在該端口所屬的交換機上進(jìn)行設置。
將交換機端口劃入VLAN
例如，要將PAR1、PAR2、PAR3……分支交換機的端口1劃入COUNTER VLAN，端口2劃入MARKET VLAN，端口3劃入MANAGING VLAN……
PAR1(config)#interface fastEthernet 0/1 配置端口1
PAR1(config-if)#switchport access vlan 10 歸屬COUNTER VLAN
PAR1(config)#interface fastEthernet 0/2 配置端口2
PAR1(config-if)#switchport access vlan 11 歸屬MARKET VLAN
PAR1(config)#interface fastEthernet 0/3 配置端口3
PAR1(config-if)#switchport access vlan 12 歸屬MANAGING VLAN
PAR2(config)#interface fastEthernet 0/1 配置端口1
PAR2(config-if)#switchport access vlan 10 歸屬COUNTER VLAN
PAR2(config)#interface fastEthernet 0/2 配置端口2
PAR2(config-if)#switchport access vlan 11 歸屬MARKET VLAN
PAR2(config)#interface fastEthernet 0/3 配置端口3
PAR2(config-if)#switchport access vlan 12 歸屬MANAGING VLAN
PAR3(config)#interface fastEthernet 0/1 配置端口1
PAR3(config-if)#switchport access vlan 10 歸屬COUNTER VLAN
PAR3(config)#interface fastEthernet 0/2 配置端口2
PAR3(config-if)#switchport access vlan 11 歸屬MARKET VLAN
PAR3(config)#interface fastEthernet 0/3 配置端口3
PAR3(config-if)#switchport access vlan 12 歸屬MANAGING VLAN
配置三層交換
到這里，VLAN已經(jīng)基本劃分完畢。但是，VLAN間如何實(shí)現三層（網(wǎng)絡(luò )層）交換呢？這時(shí)就要給各VLAN分配網(wǎng)絡(luò )（IP）地址了。給VLAN分配IP地址分兩種情況，其一，給VLAN所有的節點(diǎn)分配靜態(tài)IP地址；其二，給VLAN所有的節點(diǎn)分配動(dòng)態(tài)IP地址。下面就這兩種情況分別介紹。
我們假設給VLAN COUNTER分配的接口Ip地址為172.16.58.1/24，網(wǎng)絡(luò )地址為：172.16.58.0，VLAN MARKET分配的接口Ip地址為172.16.59.1/24，網(wǎng)絡(luò )地址為172.16.59.0，VLAN MANAGING分配的接口Ip地址為172.16.60.1/24，網(wǎng)絡(luò )地址為172.16.60.0……。如果動(dòng)態(tài)分配IP地址，則設網(wǎng)絡(luò )上的DHCP服務(wù)器IP地址為172.16.1.11。
(1)給VLAN所有的節點(diǎn)分配靜態(tài)IP地址
首先在核心交換機上分別設置各VLAN的接口IP地址，如下所示：
COM(config)#interface vlan 10
COM(config-if)#ip address 172.16.58.1 255.255.255.0 VLAN10接口IP
COM(config)#interface vlan 11
COM(config-if)#ip address 172.16.59.1 255.255.255.0 VLAN11接口IP
COM(config)#interface vlan 12
COM(config-if)#ip address 172.16.60.1 255.255.255.0 VLAN12接口IP
再在各接入VLAN的計算機上設置與所屬VLAN的網(wǎng)絡(luò )地址一致的IP地址，并且把默認網(wǎng)關(guān)設置為該VLAN的接口地址。這樣，所有的VLAN也可以互訪(fǎng)了。
(2)給VLAN所有的節點(diǎn)分配動(dòng)態(tài)IP地址
首先在核心交換機上分別設置各VLAN的接口IP地址和DHCP服務(wù)器的IP地址，如下所示：
COM(config)#interface vlan 10
COM(config-if)#ip address 172.16.58.1 255.255.255.0 VLAN10接口IP
COM(config-if)#ip helper-address 172.16.1.11 DHCP Server IP
COM(config)#interface vlan 11
COM(config-if)#ip address 172.16.59.1 255.255.255.0 VLAN11接口IP
COM(config-if)#ip helper-address 172.16.1.11 DHCP Server IP
COM(config)#interface vlan 12
COM(config-if)#ip address 172.16.60.1 255.255.255.0 VLAN12接口IP
COM(config-if)#ip helper-address 172.16.1.11 DHCP Server IP
再在DHCP服務(wù)器上設置網(wǎng)絡(luò )地址分別為172.16.58.0，172.16.59.0，172.16.60.0的作用域，并將這些作用域的“路由器”選項設置為對應VLAN的接口IP地址。這樣，可以保證所有的VLAN也可以互訪(fǎng)了。
最后在各接入VLAN的計算機進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )設置，將IP地址選項設置為自動(dòng)獲得IP地址即可。
總結：本文是筆者在實(shí)際工作中的一些總結。筆者力圖用通俗易懂的文字來(lái)闡述創(chuàng )建VLAN的全過(guò)程。并且給出了詳細的設置步驟，只要你對Cisco交換機的IOS有所了解，看懂本文并不難。按照本文所示的步驟一步一步地做，你完全可以給一個(gè)典型的快速以太網(wǎng)絡(luò )建立多個(gè)VLAN。
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