如何利用局域網(wǎng)來實現(xiàn)VLAN的實例

2019-11-05 03:11:25

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供稿：網(wǎng)友

　　計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展如同戲劇舞臺，你方唱罷我登臺。從傳統(tǒng)的以太網(wǎng)(10Mb/s)發(fā)展到快速以太網(wǎng)(100Mb/s)和千兆以太網(wǎng)(1000Mb/s)也不過幾年的時間，其迅猛的勢頭實在令人吃驚。而現(xiàn)在中大型規(guī)模網(wǎng)絡建設中，以千兆三層交換機為核心的所謂“千兆主干跑、百兆到桌面”的主流網(wǎng)絡模型已不勝枚舉。現(xiàn)在，網(wǎng)絡業(yè)界對“三層交換”和VLAN這兩詞已經(jīng)不感到生疏了。
　　
　　一、什么是三層交換和VLAN
　　要回答這個問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制位形成的一個個字節(jié)組合成一幀幀的數(shù)據(jù)(其實是一些電脈沖)在導線中進行傳播。首先，以太網(wǎng)網(wǎng)段上需要進行數(shù)據(jù)傳送的節(jié)點對導線進行監(jiān)聽，這個過程稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple access with Collision Detection帶有沖突監(jiān)測的載波偵聽多址訪問)的載波偵聽。假如，這時有另外的節(jié)點正在傳送數(shù)據(jù)，監(jiān)聽節(jié)點將不得不等待，直到傳送節(jié)點的傳送任務結束。假如某時恰好有兩個工作站同時預備傳送數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)網(wǎng)段將發(fā)出“沖突”信號。這時，節(jié)點上所有的工作站都將檢測到?jīng)_突信號，因為這時導線上的電壓超出了標準電壓。這時以太網(wǎng)網(wǎng)段上的任何節(jié)點都要等沖突結束后才能夠傳送數(shù)據(jù)。也就是說在CSMA/CD方式下，在一個時間段，只有一個節(jié)點能夠在導線上傳送數(shù)據(jù)。而轉發(fā)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的聯(lián)網(wǎng)設備是集線器,它是一層設備，傳輸效率比較低。
　　
　　沖突的產生降低了以太網(wǎng)的帶寬，而且這種情況又是不可避免的。所以，當導線上的節(jié)點越來越多后，沖突的數(shù)量將會增加。顯而易見的解決方法是限制以太網(wǎng)導線上的節(jié)點，需要對網(wǎng)絡進行物理分段。將網(wǎng)絡進行物理分段的網(wǎng)絡設備用到了網(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，假如所有的信息都只發(fā)往本地的物理網(wǎng)段，那么網(wǎng)橋和交換機上就沒有信息通過。這樣可以有效減少網(wǎng)絡上的沖突。網(wǎng)橋和交換機是基于目標MAC(介質訪問控制)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)的缺點及物理網(wǎng)段中沖突的影響，現(xiàn)在，我們來看看另外一種導致網(wǎng)絡降低運行速度的原因：廣播。廣播存在于所有的網(wǎng)絡上，假如不對它們進行適當?shù)目刂疲鼈儽銜涑庥谡麄€網(wǎng)絡，產生大量的網(wǎng)絡通信。廣播不僅消耗了帶寬，而且也降低了用戶工作站的處理效率。由于各種各樣的原因，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(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RIP和IGRP協(xié)議進行宣告，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行轉發(fā)，而路由器不會。所以，為了對廣播進行控制，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，我們就輕易理解三層交換技術了，通俗地講，就是將路由與交換合二為一的技術。路由器在對第一個數(shù)據(jù)流進行路由后，將會產生一個MAC地址與IP地址的映射表，當同樣的數(shù)據(jù)流再次通過時，將根據(jù)此映射表直接從二層進行交換而不是再次路由，提供線速性能，從而消除了路由器進行路由選擇而造成網(wǎng)絡的延遲，提高了數(shù)據(jù)包轉發(fā)的效率。采用此技術的交換機我們常稱為三層交換機。
　　
　　那么，什么是VLAN呢？VLAN(Virtual Local Area Network)就是虛擬局域網(wǎng)的意思。VLAN可以不考慮用戶的物理位置，而根據(jù)功能、應用等因素將用戶從邏輯上劃分為一個個功能相對獨立的工作組，每個用戶主機都連接在一個支持VLAN的交換機端口上并屬于一個VLAN。同一個VLAN中的成員都共享廣播，形成一個廣播域，而不同VLAN之間廣播信息是相互隔離的。這樣，將整個網(wǎng)絡分割成多個不同的廣播域(VLAN)。
　　
　　一般來說，假如一個VLAN里面的工作站發(fā)送一個廣播，那么這個VLAN里面所有的工作站都接收到這個廣播，但是交換機不會將廣播發(fā)送至其他VLAN上的任何一個端口。假如要將廣播發(fā)送到其它的VLAN端口，就要用到三層交換機。
　　
　　二、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實現(xiàn)通常是以端口為中心的。與節(jié)點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)的和動態(tài)的.形成靜態(tài)VLAN的過程是將端口強制性地分配給VLAN的過程。即我們先在VTP (VLAN Trunking PRotocol)Server上建立VLAN，然后將每個端口分配給相應的VLAN的過程。這是我們創(chuàng)建VLAN最常用的方法。
　　
　　動態(tài)VLAN形成很簡單，由端口決定自己屬于哪個VLAN。即我們先建立一個VMPS(VLAN Membership Policy Server)VLAN治理策略服務器，里面包含一個文本文件，文件中存有與VLAN映射的MAC地址表。交換機根據(jù)這個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(shù)據(jù)庫是一項非常艱苦而且非常繁瑣的工作。
　　
　　下面以實例說明如何在一個典型的快速以太局域網(wǎng)中實現(xiàn)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為：COM；分支交換機分別為：PAR1、PAR2、PAR3……，分別通過Port1的光線模塊與核心交換機相連；并且假設VLAN名稱分別為COUNTER、MARKET、MANAGING……。
　　
　　1、設置VTP DOMAIN
　　
　　VTP DOMAIN稱為治理域。
交換VTP更新信息的所有交換機必須配置為相同的治理域。假如所有的交換機都以中繼線相連，那么只要在核心交換機上設置一個治理域，網(wǎng)絡上所有的交換機都加入該域，這樣治理域里所有的交換機就能夠了解彼此的VLAN列表。
　　
　　COM#vlan database進入VLAN配置模式
　　
　　COM(vlan)#vtp domain COM設置VTP治理域名稱COM
　　
　　COM(vlan)#vtp server設置交換機為服務器模式
　　
　　PAR1#vlan database進入VLAN配置模式
　　
　　PAR1(vlan)#vtp domain COM設置VTP治理域名稱COM
　　
　　PAR1(vlan)#vtp Client設置交換機為客戶端模式
　　
　　PAR2#vlan database進入VLAN配置模式
　　
　　PAR2(vlan)#vtp domain COM設置VTP治理域名稱COM
　　
　　PAR2(vlan)#vtp Client設置交換機為客戶端模式
　　
　　PAR3#vlan database進入VLAN配置模式
　　
　　PAR3(vlan)#vtp domain COM設置VTP治理域名稱COM
　　
　　PAR3(vlan)#vtp Client設置交換機為客戶端模式
　　
　　注重：這里設置交換機為Server模式是指答應在本交換機上創(chuàng)建、修改、刪除VLAN及其他一些對整個VTP域的配置參數(shù)，同步本VTP域中其他交換機傳遞來的最新的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的VLAN信息。
　　
　　2、配置中繼
　　
　　為了保證治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作為中繼線，為了實現(xiàn)中繼可使用其特有的ISL標簽。ISL(Inter-Switch Link)是一個在交換機之間、交換機與路由器之間及交換機與服務器之間傳遞多個VLAN信息及VLAN數(shù)據(jù)流的協(xié)議，通過在交換機直接相連的端口配置ISL封裝，即可跨越交換機進行整個網(wǎng)絡的VLAN分配和進行配置。
　　
　　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，治理域算是設置完畢了。
　　
　　3、創(chuàng)建VLAN
　　
　　一旦建立了治理域，就可以創(chuàng)建VLAN了。
　　
　　COM(vlan)#Vlan 10 name COUNTER創(chuàng)建了一個編號為10名字為COUNTER的VLAN
　　
　　COM(vlan)#Vlan 11 name MARKET創(chuàng)建了一個編號為11名字為MARKET的VLAN
　　
　　COM(vlan)#Vlan 12 name MANAGING創(chuàng)建了一個編號為12名字為MANAGING的VLAN
　　
　　……
　　
　　注重，這里的VLAN是在核心交換機上建立的，其實，只要是在治理域中的任何一臺VTP屬性為Server的交換機上建立VLAN，它就會通過VTP通告整個治理域中的所有的交換機。但是假如要將交換機的端口劃入某個VLAN，就必須在該端口所屬的交換機上進行設置。
　　
　　4、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
　　
　　……
　　
　　5、配置三層交換
　　
　　到這里，VLAN已經(jīng)基本劃分完畢。
但是，VLAN間如何實現(xiàn)三層(網(wǎng)絡層)交換呢？這時就要給各VLAN分配網(wǎng)絡(IP)地址了。給VLAN分配IP地址分兩種情況，其一，給VLAN所有的節(jié)點分配靜態(tài)IP地址；其二，給VLAN所有的節(jié)點分配動態(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)絡地址為172.16.60.0……。假如動態(tài)分配IP地址，則設網(wǎng)絡上的DHCP服務器IP地址為172.16.1.11。
　　
　　(1)給VLAN所有的節(jié)點分配靜態(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)絡地址一致的IP地址，并且把默認網(wǎng)關設置為該VLAN的接口地址。這樣，所有的VLAN也可以互訪了。
　　
　　(2)給VLAN所有的節(jié)點分配動態(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服務器上設置網(wǎng)絡地址分別為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也可以互訪了。
　　
　　最后在各接入VLAN的計算機進行網(wǎng)絡設置，將IP地址選項設置為自動獲得IP地址即可。
　　
　　三、總結
　　本文是筆者在實際工作中的一些總結。筆者力圖用通俗易懂的文字來闡述創(chuàng)建VLAN的全過程。并且給出了具體的設置步驟，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，你完全可以給一個典型的快速以太網(wǎng)絡建立多個VLAN。

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