HCNA 学习之虚拟局域网 VLAN
HCNA 学习之虚拟局域网 VLAN
虚拟局域网
VLAN基础配置
现在我们先了解一下什么是 VLAN，VLAN 是用来干什么的
在此之前我们先讲下广播域和冲突域
广播域（broadcast domain）就是说如果站点发出一个广播信号后能接收到这个信号的范围。通常来说一个局域网就是一个广播域。（路由器隔离广播域） 冲突域（collision domain），所有直接连接在一起的，而且必须竞争以太网总线的节点都可以认为是处在同一个冲突域中，说白了就是一次只有一个设备发送信息，其他的只能等待。交换机或 hub 可以隔离冲突域。
VLAN是什么
VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名为”虚拟局域网”。
虚拟局域网（VLAN）是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，由此得名虚拟局域网。
VLAN 是一种比较新的技术，工作在 OSI 参考模型的第 2 层和第 3 层，一个 VLAN 就是一个广播域，VLAN 之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。
与传统的局域网技术相比较，VLAN 技术更加灵活，它具有以下优点：
网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少；
可以控制广播活动；
可提高网络的安全性。
在计算机网络中，一个二层网络可以被划分为多个不同的广播域，一个广播域对应了一个特定的用户组，默认情况下这些不同的广播域是相互隔离的。不同的广播域之间想要通信，需要通过一个或多个路由器。这样的一个广播域就称为 VLAN。
VLAN是用来干什么的
交换机能够有效地隔绝冲突域，但是这个网络中的设备还是处于一个广播域，所有的设备之间都可以相互通信。
但是，有时我们并不希望所有设备都处于一个广播域，因此，人们使用 VLAN 技术将一个物理的 LAN 在逻辑上划分成多个广播域（使用 VLAN 隔离广播域）
一个 VLAN 中的设备之间能够之间通信，但不同 VLAN 内的设备之间不能直接互通。
不同的 VLAN 使用不同的 VLAN ID 区分，VLAN ID 的范围是 0~4095，可配置的值为 1~4094，0 和 4095 为保留值。
划分依据
1、按端口划分 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、按 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、按网络层划分
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、按 IP 组播划分
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。
5、基于规则的 VLAN
也称为基于策略的 VLAN。这是最灵活的 VLAN 划分方法，具有自动配置的能力，能够把相关的用户连成一体，在逻辑划分上称为“关系网络”。网络管理员只需在网管软件中确定划分 VLAN 的规则（或属性），那么当一个站点加入网络中时，将会被“感知”，并被自动地包含进正确的VLAN 中。同时，对站点的移动和改变也可自动识别和跟踪。
采用这种方法，整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。有的产品还支持一个端口上的主机分别属于不同的 VLAN，这在交换机与共享式Hub共存的环境中显得尤为重要。自动配置 VLAN 时，交换机中软件自动检查进入交换机端口的广播信息的IP源地址，然后软件自动将这个端口分配给一个由 IP 子网映射成的 VLAN。
6、按用户定义、非用户授权划分
基于用户定义、非用户授权来划分 VLAN，是指为了适应特别的 VLAN 网络，根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计 VLAN，而且可以让非 VLAN 群体用户访问 VLAN，但是需要提供用户密码，在得到 VLAN 管理的认证后才可以加入一个 VLAN。
以上划分 VLAN 的方式中，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。
基本配置
1、创建 VLAN
[s1]vlan 10 # 在系统视图创建vlan
[s1-vlan10]description VLAN10 # 命名
[s1-vlan10]vlan 20 # 可以在这个视图接着创建vlan
# 创建多个vlan
[s1]vlan batch 30 402、查看 VLAN 信息
[s1]display vlan3、查看配置好的 VLAN 的简要信息
[s1]display vlan summary4、查看VLAN和接口配置情况
[s1]display port vlanVLAN 技术原理
交换机用 VLAN 标签来区分不同 VLAN 的以太网帧
帧格式
单交换机 VLAN 标签操作
在进入交换机端口是，附加缺省 VLAN 标签
出交换机端口时，去掉 VLAN 标签
Access 链路类型端口
Access 接口是交换机上用来连接用户主机的接口。
当 Access 接口从主机收到一个不带 VLAN 标签的数据帧时，会给该数据帧加上与 PVID 一致的 VLAN 标签。
当 Access 接口要发送一个带 VLAN 标签的数据帧给主机时，首先检查该数据帧的 VLAN ID 是否与自己的 PVID 相同，若相同，则去掉 VLAN 标签后发送该数据帧给主机；若不相同，直接丢弃该数据帧。
一般在与客户机相连的接口上配置。
跨交换机 VLAN 标签
带有 VLAN 标签的以太网帧在交换机间传递
Trunk 链路类型端口
为了使 VLAN 的数据帧能够跨跃多台交换机传递，交换机之间互联的链路需要设置为干道链路（Trunk Link） 允许多个 VLAN 通过，可以接收和发送多个 VLAN 的数据帧，缺省 VLAN 的以太网帧不带标签。
当 Trunk 端口收到数据帧时，如果该帧不包含 802.1Q 的 VLAN 标签，将打上该 Trunk 端口的 PVID；如果该帧包含 802.1Q 的 VLAN 标签，则不改变。 当 Trunk 端口发送数据帧时，当所发送帧的 VLAN ID 与端口的 PVID 不同时，检查是否允许该 VLAN 通过，若允许的话直接转发，不允许就直接丢弃；当该帧的 VLAN ID 与端口的 PVID 相同时，则剥离 VLAN 标签后转发。
一般用于交换机与交换机之间连接的接口。
Hybrid 链路类型端口
允许多个 VLAN 通过，可以接收和发送多个 VLAN 的数据帧。 Hybrid 端口和 Trunk 端口的不同之处在于：
Hybrid 端口允许多个 VLAN 的以太网帧不带标签
Trunk 端口只允许缺省 VLAN 的以太网帧不带标签
接口配置
配置 access 口
[s1]int g0/0/2 # 进入与PC相连的接口
[s1-g0/0/2]port link-type access # 配置接口类型为Access
[s1-g0/0/2]port default vlan 10 # 配置接口的默认VLAN并加入VLAN10 默认情况下，所有接口的默认VLAN ID为1配置 Trunk 口
[s1]int g0/0/1 # 进入与另一交换机相连的接口
[s1-g0/0/1]port link-type trunk # 配置接口类型为Trunk
[s1-g0/0/1]port trunk allow-pass vlan 10 20 # 允许VLAN10、20通过
[s1-g0/0/1]port trunk allow-pass vlan all # 允许所有VLAN通过(1~4094)配置 Hybrid
# 与主机相连
[s1-g0/0/2]undo port default vlan #恢复接口默认VLAN
[s1-g0/0/2]port link-type hybrid #设置接口类型为Hybrid
[s1-g0/0/2]port hybrid untagged vlan 20 #转发VLAN20帧时剥离tag
[s1-g0/0/2]port hybrid pvid vlan 20 #默认VLAN ID
# 与switch相连
[s1-g0/0/1]port trunk allow-pass vlan 1
[s1-g0/0/1]port link-type hybrid
[s1-g0/0/1]port hybrid tagged vlan 10 20 #接收带有VLAN10、20标签的帧VLAN 间路由
由于 VLAN 隔离了二层广播域，也间接的隔离了各个 VLAN 之间的其他二层流量交换，这样导致属于不同 VLAN 之间的用户不能进行二层的通信，但是如果我们想让 VLAN10 和 VLAN20 之间能够通信怎么办呢
——经过三层的路由转发能将报文从一个 VLAN 转发到另外一个 VLAN。
路由器物理接口
这个讲还是得讲的，但是一般不用，所以只给个拓扑图，不配置
随着交换机 VLAN 的数量增加，需要路由器的接口也随之增加。而路由器的端口数量有限且某些端口也并不是一直工作状态，导致成本高且某些端口使用率低，造成浪费。
单臂路由
和上面的相比，只是将物理接口转换成了虚拟子接口，节省了路由器端口
配置：
S1、S2（下面两交换机）与 PC 相连的接口配置为 Access 接口，并且 S1 的 E0/0/1 及 E0/0/3 都是 VLAN10，S2 的 E0/0/1 为 VLAN20、E0/0/3 为 VLAN30； S1、S2、S3 与交换机/路由器相连的接口配置为 Trunk 口，并且允许所有 VLAN 通过 剩下的重头戏：配置 R1
# 进入子接口1并且配置好IP
[R1]int g0/0/0.1
[R1-GigabitEthernet0/0/0.1]ip add 192.168.1.254 24
# 配置子接口封装
[R1-GigabitEthernet0/0/0.1]dot1q termination vid 10
Mar 7 2020 00:05:38-08:00 R1 %%01IFNET/4/LINK_STATE(l)[0]:The line protocol IP
on the interface GigabitEthernet0/0/0.1 has entered the UP state.
# 开启子接口的ARP广播功能
[R1-GigabitEthernet0/0/0.1]arp broadcast enable其他两个接口也这样配置
配置完成之后，可以使用命令 display ip interface brief 查看接口状态
使用命令 display ip routing-table 查看路由表
之后使用 ping IP 测试连通性即可
利用三层交换机
三层交换机带有路由功能，VLANIF 接口可以配置 IP 地址，借助 VLANIF 接口，三层交换机就能实现路由转发功能
设置好 PC 的网络参数，IP、掩码已给出，网关为 192.168.*.254
接着配置交换机 SW
创建 VLAN 并配置接口
[SW]vlan 10
[SW-vlan10]vlan 20
[SW-vlan20]int g0/0/1
[SW-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access
[SW-GigabitEthernet0/0/1]port defaut vlan 10
[SW-GigabitEthernet0/0/1]int g0/0/2
[SW-GigabitEthernet0/0/2]port link-type access
[SW-GigabitEthernet0/0/2]port defaut vlan 20
[SW-GigabitEthernet0/0/2]int g0/0/3
[SW-GigabitEthernet0/0/3]port link-type access
[SW-GigabitEthernet0/0/3]port defaut vlan 10配置 VLANIF
[SW]int VLANif 10
[SW-Vlanif10]ip add 192.168.1.254 24
[SW-Vlanif10]int VLANif 20
[SW-Vlanif20]ip add 192.168.1.254 24这样就配置成功了
查看接口状态
PC 测试
VLAN 的就到这里了，拜拜~
最后更新于