VLAN原理及应用实用教案

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1、1培训(pixn)提纲VLANVLAN的定义(dngy)(dngy)与产生意义实现VLANVLAN的机制 VLANVLAN的访问链接VLANVLAN的汇聚链接 VLANVLAN间路由 使用VLANVLAN设计局域网 第1页/共51页第一页，共52页。2VLANVLAN的定义与产生的定义与产生(chnshng)(chnshng)意义意义什么是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(t zh)使用 路由器分割的网络也就是广播域。 第2页/共51页第

2、二页，共52页。3VLANVLAN的定义与产生的定义与产生(chnshng)(chnshng)意义意义什么是广播域？ 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。 二层交换机只能构建单一(dny)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。第3页/共51页第三页，共52页。4VLANVLAN的定义与产生的定义与产生(chnshng)(chnshng)意义意义为什么要

3、分割(fng)广播域？因为，如果仅有一个广播域，有可能会影响到网络整体的传输性能。第4页/共51页第四页，共52页。5VLANVLAN的定义与产生的定义与产生(chnshng)(chnshng)意义意义常见的广播通信 ：ARP请求：建立IP地址和MAC地址的映射关系。RIP：一种路由协议(xiy)。DHCP：用于自动设定IP地址的协议(xiy)。NetBEUI：Windows下使用的网络协议(xiy)。IPX：Novell Netware使用的网络协议(xiy)。Apple Talk：苹果公司的Macintosh计算机使用的网络协议(xiy)。第5页/共51页第五页，共52页。6VLANVLA

4、N的定义的定义(dngy)(dngy)与产生意义与产生意义ARPARP广播：是在需要与其他主机通信时发出的。DHCPDHCP广播：当客户机请求DHCPDHCP服务器分配IPIP地址时，就必须发出DHCPDHCP的广播。RIP RIP 广播：RIPRIP作为路由协议时，每隔3030秒路由器都会对邻近(ln jn)(ln jn)的其他路由器广播一次路由信息。RIPRIP以外的其他路由协议使用多播传输路由信息，这也会被交换机转发（FloodingFlooding）。 除了TCP/IPTCP/IP以外，NetBEUINetBEUI、IPXIPX和Apple TalkApple Talk等协议也经常需要

5、用到广播结论：广播帧在一个局域网络里会非常频繁地出现。如果整个网络只处在一个局域网上，那么一旦发出广播信息，就会传遍整个网络，并且对网络中的主机带来额外的负担。第6页/共51页第六页，共52页。7VLANVLAN的定义与产生的定义与产生(chnshng)(chnshng)意义意义广播域的分割与VLANVLAN的必要性： 分割广播域时，一般都必须(bx)(bx)使用到路由器。使用路由器后，可以以路由器上的网络接口（LAN InterfaceLAN Interface）为单位分割广播域。但是，路由器分割广播域，所能分割的个数完全取决于路由器的网络接口个数，使得用户无法自由地根据实际需要分割广播域。

6、 与路由器相比，二层交换机一般带有多个网络接口。因此如果能使用它分割广播域，那么无疑运用上的灵活性会大大提高。用于在二层交换机上分割广播域的技术，就是VLANVLAN。通过利用VLANVLAN，我们可以自由设计广播域的构成，提高网络设计的自由度。第7页/共51页第七页，共52页。8培训(pixn)提纲VLANVLAN的定义与产生意义实现(shxin)VLAN(shxin)VLAN的机制 VLANVLAN的访问链接VLANVLAN的汇聚链接 VLANVLAN间路由 使用VLANVLAN设计局域网 第8页/共51页第八页，共52页。9实现实现(shxin)VLAN(shxin)VLAN的机制的机制

7、如何使用VLANVLAN分割广播(gungb)(gungb)域： 在一台未设置任何VLANVLAN的二层交换机上，任何广播(gungb)(gungb)帧都会被转发给除接收端口外的所有其他端口（FloodingFlooding）。例如，计算机A A发送广播(gungb)(gungb)信息后，会被转发给端口2 2、3 3、4 4。 第9页/共51页第九页，共52页。10实现实现(shxin)VLAN(shxin)VLAN的机制的机制如何使用VLANVLAN分割广播(gungb)(gungb)域： 在交换机上生成红、蓝两个VLANVLAN；同时设置端口1 1、2 2属于红色VLANVLAN、端口3

8、3、4 4属于蓝色VLANVLAN。再从A A发出广播(gungb)(gungb)帧的话，交换机就只会把它转发给同属于红色VLANVLAN的端口2 2，不会再转发给属于蓝色VLANVLAN的端口。 第10页/共51页第十页，共52页。11实现实现(shxin)VLAN(shxin)VLAN的机制的机制如何(rh)(rh)使用VLANVLAN分割广播域： 直观(zhgun)地描述VLAN的话，我们可以把它理解为将一台交换机在逻辑上分割成了数台交换机。 VLAN生成的逻辑上的交换机是互不相通的。因此，在交换机上设置VLAN后，如果未做其他处理，VLAN间是无法通信的。 第11页/共51页第十一页，

9、共52页。12实现实现(shxin)VLAN(shxin)VLAN的机制的机制VLANVLAN间如何(rh)(rh)通信？ VLAN是广播域。而通常两个(lin )广播域之间由路由器连接，广播域之间来往的数据包都是由路由器中继的。因此，VLAN间的通信也需要路由器提供中继服务，这被称作“VLAN间路由”。VLAN间路由，可以使用普通的路由器，也可以使用三层交换机。第12页/共51页第十二页，共52页。13培训(pixn)提纲VLANVLAN的定义与产生意义实现VLANVLAN的机制(jzh) (jzh) VLANVLAN的访问链接VLANVLAN的汇聚链接 VLANVLAN间路由 使用VLAN

10、VLAN设计局域网 第13页/共51页第十三页，共52页。14VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接交换机的端口 交换机的端口，可以分为以下两种：访问(fngwn)链接（Access Link）汇聚链接（Trunk Link）第14页/共51页第十四页，共52页。15VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接访问(fngwn)链接 访问链接：指的是“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，访问链接所连的是用户端。通常设置VLAN的顺序是：生成VLAN设定访问链接（决定(judng)各端口属于哪一个VLAN）设定访问

11、链接的手法：静态VLAN、动态VLAN第15页/共51页第十五页，共52页。16VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接静态(jngti)VLAN (jngti)VLAN 静态VLAN又被称为基于端口的VLAN（Port Based VLAN）。顾名思义，就是明确指定各端口属于(shy)哪个VLAN的设定方法 第16页/共51页第十六页，共52页。17VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接动态(dngti)VLAN (dngti)VLAN 动态VLAN则是根据每个端口所连的计算机，随时改变端口所属(sush)的VLAN。动态VLAN可以大致分为

12、3类： 基于MAC地址的VLAN（MAC Based VLAN）基于子网的VLAN（Subnet Based VLAN）基于用户的VLAN（User Based VLAN）第17页/共51页第十七页，共52页。18VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接基于(jy)MAC(jy)MAC地址的VLAN VLAN 基于MAC地址的VLAN，就是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。假定有一个MAC地址“A”被交换机设定为属于VLAN10，那么不论(bln)MAC地址为“A”的这台计算机连在交换机哪个端口，该端口都会被划分到VLAN10中去。计算机连

13、在端口1时，端口1属于VLAN10；而计算机连在端口2时，则是端口2属于VLAN10。第18页/共51页第十八页，共52页。19VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接基于(jy)MAC(jy)MAC地址的VLAN VLAN 由于是基于MACMAC地址决定所属VLANVLAN的，因此可以理解为这是一种在OSIOSI的第二层设定访问链接的办法。 但是(dnsh)(dnsh)，基于MACMAC地址的VLANVLAN，在设定时必须调查所连接的所有计算机的MACMAC地址并加以登录。而且如果计算机更换了网卡，还是需要更改设定。第19页/共51页第十九页，共52页。20VLANV

14、LAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接基于(jy)(jy)子网的VLAN VLAN 基于子网的VLAN，则是通过所连计算机的IP地址，来决定端口所属VLAN的。不像基于MAC地址的VLAN，即使计算机因为交换了网卡或是其他原因导致(dozh)MAC地址改变，只要它的IP地址不变，就仍可以加入原先设定的VLAN。第20页/共51页第二十页，共52页。21VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接基于(jy)(jy)子网的VLAN VLAN 基于MAC地址的VLAN相比，能够更为简便地改变网络结构。IP地址是OSI参照模型中第三层的信息，所以我们可以理解(lj

15、i)为基于子网的VLAN是一种在OSI的第三层设定访问链接的方法。 第21页/共51页第二十一页，共52页。22VLANVLAN的访问的访问(fngwn)(fngwn)链接链接基于(jy)(jy)用户的VLAN VLAN 基于用户(yngh)的VLAN，则是根据交换机各端口所连的计算机上当前登录的用户(yngh)，来决定该端口属于哪个VLAN。这里的用户(yngh)识别信息，一般是计算机操作系统登录的用户(yngh)，比如可以是Windows域中使用的用户(yngh)名。这些用户(yngh)名信息，属于OSI第四层以上的信息。 第22页/共51页第二十二页，共52页。23VLANVLAN的访问

16、的访问(fngwn)(fngwn)链接链接访问链接(lin ji)的总结 设定(sh dn)访问链接的手法有静态VLAN和动态VLAN两种，其中动态VLAN又可以继续细分成几个小类。 并且，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。 第23页/共51页第二十三页，共52页。24培训(pixn)提纲VLANVLAN的定义与产生意义实现VLANVLAN的机制 VLANVLAN的访问链接(lin ji)(lin ji)VLANVLAN的汇聚链接(lin ji) (lin ji) VLANVLAN间路由 使用VLANVLAN设计局域网 第24页/共51页第二十四

17、页，共52页。25VLANVLAN的汇聚的汇聚(hu j)(hu j)链接链接 如何设置(shzh)(shzh)跨越多台交换机的VLAN VLAN 最关键(gunjin)的就是“交换机1和交换机2该如何连接才好呢？”第25页/共51页第二十五页，共52页。26VLANVLAN的汇聚的汇聚(hu j)(hu j)链接链接最简单(jindn)的方法，自然是在交换机1和交换机2上各设一个红、蓝VLAN专用的接口并互联了。 但是，这个办法从扩展性和管理效率来看都不好。例如，在现有网络基础上再新建VLAN时，为了让这个VLAN能够互通，就需要在交换机间连接新的网线。于是需引入一种概念将交换机间互联的网线

18、集中到一根上，这时使用的就是(jish)汇聚链接（Trunk Link）。第26页/共51页第二十六页，共52页。27VLANVLAN的汇聚的汇聚(hu j)(hu j)链接链接何谓汇聚(hu j)链接？ 汇聚链接（Trunk Link）指的是能够转发(zhun f)多个不同VLAN的通信的端口。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。第27页/共51页第二十七页，共52页。28通过汇聚链路时附加的VLAN识别信息，有可能(knng)支持标准的“IEEE 802.1Q”协议，也可能(knng)是Cisco产品独有的“ISL（Inter Switch Link）”

19、。 汇聚(hu j)链接过程 第28页/共51页第二十八页，共52页。29培训(pixn)提纲VLANVLAN的定义与产生意义实现(shxin)VLAN(shxin)VLAN的机制 VLANVLAN的访问链接VLANVLAN的汇聚链接 VLANVLAN间路由 使用VLANVLAN设计局域网 第29页/共51页第二十九页，共52页。30VLANVLAN间路由间路由VLANVLAN间路由的必要性 根据目前为止学习的知识，我们已经知道两台计算机即使连接在同一台交换机上，只要所属的VLAN不同就无法直接通信。因为在LAN内的通信，必须在数据帧头中指定通信目标的MAC地址。而为了获取MAC地址，TCP/

20、IP协议下使用的是ARP。ARP解析MAC地址的方法，则是通过广播。也就是说，如果(rgu)广播报文无法到达，那么就无从解析MAC地址，亦即无法直接通信。第30页/共51页第三十页，共52页。31VLANVLAN间路由间路由不同(b tn)(b tn)的VLANVLAN如何互通？ 计算机分属不同的VLAN，也就意味着分属不同的广播域，自然收不到彼此的广播报文。因此，属于不同VLAN的计算机之间无法直接互相通信。为了能够(nnggu)在VLAN间通信，需要利用OSI参照模型中更高一层网络层的信息（IP地址）来进行路由。 路由功能(gngnng)，一般主要由路由器提供。但在今天的局域网里，我们也经

21、常利用带有路由功能(gngnng)的交换机三层交换机（Layer 3 Switch）来实现。 第31页/共51页第三十一页，共52页。32VLANVLAN间路由间路由使用(shyng)(shyng)路由器进行VLANVLAN间路由 在使用路由器进行VLAN间路由时，与构建(u jin)横跨多台交换机的VLAN时的情况类似，我们还是会遇到“该如何连接路由器与交换机”这个问题。路由器和交换机的接线方式，大致有以下两种： 将路由器与交换机上的每个VLAN分别连接不论VLAN有多少(dusho)个，路由器与交换机都只用一条网线连接第32页/共51页第三十二页，共52页。33VLANVLAN间路由间路由

22、将路由器与交换机上的每个VLANVLAN分别(fnbi)(fnbi)连接第33页/共51页第三十三页，共52页。34VLANVLAN间路由间路由汇聚(hu j)链接第34页/共51页第三十四页，共52页。35VLANVLAN间路由间路由同一(tngy)VLAN(tngy)VLAN内的通信 使用汇聚链路连接(linji)交换机与路由器时，VLAN间路由是如何进行的 ？第35页/共51页第三十五页，共52页。36VLANVLAN间路由间路由首先考虑计算机A与同一(tngy)VLAN内的计算机B之间通信时的情形 计算机A发出ARP请求信息，请求解析B的MAC地址。交换机收到数据帧后，检索MAC地址列

23、表中与收信端口同属一个VLAN的表项。结果发现，计算机B连接在端口2上，于是交换机将数据帧转发给端口2，最终计算机B收到该帧。收发信双方同属一个VLAN之内的通信，一切(yqi)处理均在交换机内完成。第36页/共51页第三十六页，共52页。37VLANVLAN间路由间路由不同(b tn)VLAN间通信时数据的流程 接下来是这一讲的核心内容，不同VLAN间的通信(tng xn)。让我们来考虑一下计算机A与计算机C之间通信(tng xn)时的情况。 第37页/共51页第三十七页，共52页。38VLANVLAN间路由间路由不同VLANVLAN间通信时数据(shj)(shj)的流程 计算机A从通信目标

24、的IP地址（192.168.2.1）得出C与本机不属于同一个网段。因此会向设定的默认网关（Default Gateway，GW）转发数据帧。在发送数据帧之前，需要先用ARP获取(huq)路由器的MAC地址。得到路由器的MAC地址R后，接下来就是按图中所示的步骤发送往C去的数据帧。的数据帧中，目标MAC地址是路由器的地址R、但内含的目标IP地址仍是最终要通信的对象C的地址。第38页/共51页第三十八页，共52页。39VLANVLAN间路由间路由 交换机在端口1上收到的数据帧后，检索MAC地址列表中与端口1同属一个VLAN的表项。由于汇聚链路会被看作属于所有的VLAN，因此这时交换机的端口6也属于

25、被参照对象。这样交换机就知道往MAC地址R发送数据帧，需要经过端口6转发。 从端口6发送数据帧时，由于它是汇聚链接，因此会被附加上VLAN识别信息。由于原先是来自红色VLAN的数据帧，因此如图中所示，会被加上红色VLAN的识别信息后进入汇聚链路。路由器收到的数据帧后，确认其VLAN识别信息，由于它是属于红色VLAN的数据帧，因此交由负责红色VLAN的子接口(ji ku)接收。不同(b tn)VLAN(b tn)VLAN间通信时交换机处理过程第39页/共51页第三十九页，共52页。40VLANVLAN间路由间路由 接着，根据路由器内部的路由表，判断(pndun)该向哪里中继。 由于目标网络192

26、.168.2.0/24是蓝色VLAN，且该网络通过子接口与 路由器直连，因此只要从负责蓝色VLAN的子接口转发就可以了。这时，数据帧的目标MAC地址被改写成计算机C的目标地址；并且由于需要经过汇聚链路转发，因此被附加了属于蓝色VLAN的识别信息。这就是图中的数据帧。 交换机收到的数据帧后，根据VLAN标识信息从MAC地址列表中检索属于蓝色VLAN的表项。由于通信目标计算机C连接在端口3上、且端口3为普通的访问链接，因此交换机会将数据帧除去VLAN识别信息后（数据帧）转发给端口3，最终计算机C才能成功地收到这个数据帧。 进行VLAN间通信时，即使通信双方都连接在同一台交换机上，也必须经过： 发送

27、方交换机路由器交换机接收方不同(b tn)VLAN(b tn)VLAN间通信时交换机处理过程第40页/共51页第四十页，共52页。41培训(pixn)提纲VLANVLAN的定义与产生意义实现VLANVLAN的机制 VLANVLAN的访问链接VLANVLAN的汇聚链接 VLANVLAN间路由 使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网 第41页/共51页第四十一页，共52页。42使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网 使用VLANVLAN设计(shj)(shj)局域网的特点 通过使用VLAN构建局域网，用户能够不受物理链路的限制而自由地分割广播域

28、。另外，通过先前提到的路由器与三层交换机提供的VLAN间路由，能够适应灵活多变的网络构成。但是，由于利用VLAN容易导致网络构成复杂化，因此也会造成整个(zhngg)网络的组成难以把握。可以这样说，在利用VLAN时，除了有：网络构成灵活多变这个优点外，还搭配着：网络构成复杂化这个缺点。第42页/共51页第四十二页，共52页。43使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网不使用(shyng)VLAN的局域网中网络构成的改变 现在如果想将192.168.1.0/24这个网络上的计算机A转移到192.168.2.0/24上去(shng q)，就需要改变物理连接、将A接到

29、右侧的交换机上。并且，当需要新增一个地址为192.168.3.0/24的网络时，还要在路由器上再占用一个LAN接口并添置一台交换机。而由于这台路由器上只带了2个LAN接口，因此为了新增网络还必须将路由器升级为带有3个以上LAN接口的产品。 图中的路由器，只带有2个LAN接口第43页/共51页第四十三页，共52页。44使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网使用(shyng)VLAN的局域网中网络构成的改变 需要将连接在交换机1上192.168.1.0/24这个网段的计算机A转属192.168.2.0/24时，无需更改物理布线。只要在交换机上生成蓝色VLAN，然后

30、将计算机A所连的端口1加入到蓝色VLAN中去，使它成为访问(fngwn)链接即可。 第44页/共51页第四十四页，共52页。45使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网使用VLANVLAN的局域网中网络(wnglu)(wnglu)构成的改变利用VLAN后，我们可以在免于改动任何物理布线的前提下，自由进行网络的逻辑设计。如果所处的工作环境恰恰需要经常改变网络布局，那么利用VLAN的优势就非常明显了。并且，当需要新增一个地址为192.168.3.0/24的网段时，也只需要在交换机上新建一个对应192.168.3.0/24的VLAN，并将所需的端口加入(jir)它的访

31、问链路就可以了。如果网络环境中还需要利用外部路由器，则只要在路由器的汇聚端口上新增一个子接口的设定就可以完成全部操作，而不需要消耗更多的物理接口（LAN接口）。第45页/共51页第四十五页，共52页。46使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网利用(lyng)VLAN(lyng)VLAN而导致的网络结构复杂化 虽然(surn)利用VLAN可以灵活地构建网络，但是同时，它也带来了网络结构复杂化的问题。 特别是由于数据流纵横交错，一旦发生故障时，准确定位并排除故障会比较困难。 第46页/共51页第四十六页，共52页。47使用使用(shyng)VLAN(shyng)V

32、LAN设计局域网设计局域网 为了便于理解数据流向的复杂化，假设有下图所示的网络。计算机A向计算机C发送数据时，数据流的整体走向(zuxing)如下： 计算机A交换机1路由器交换机1交换机2计算机C利用(lyng)VLAN(lyng)VLAN而导致的网络结构复杂化 第47页/共51页第四十七页，共52页。48使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网网络(wnglu)的逻辑结构与物理结构 为了对应日渐复杂化的数据流，排查故障需要从“逻辑结构”与“物理结构”两方面(fngmin)入手，把握好网络的现状。物理结构：指的是从物理层和数据链路层观察到的网络的现状，表示了网络

33、的物理布线形态和VLAN的设定等等。逻辑结构：表示从网络层以上的层面观察到的网络结构。下面我们就试着以路由器为中心分析一个IP网络的逻辑结构第48页/共51页第四十八页，共52页。49使用使用(shyng)VLAN(shyng)VLAN设计局域网设计局域网网络(wnglu)的逻辑结构与物理结构 分析这个物理(wl)结构并转换成以路由器为中心的逻辑结构。当我们需要进行路由或是数据包过滤的设定时，都必须在逻辑结构的基础上进行。第49页/共51页第四十九页，共52页。50谢谢(xi xie) 第50页/共51页第五十页，共52页。51谢谢您的观看(gunkn)！第51页/共51页第五十一页，共52页。NoImage内容(nirng)总结1。Apple Talk：苹果公司的Macintosh计算机使用的网络协议。于是需引入一种概念将交换机间互联的网线集中到一根上，这时使用的就是汇聚链接（Trunk Link）。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。接下来是这一讲的核心内容，不同VLAN间的通信(tng xn)。不使用VLAN的局域网中网络构成的改变。为了便于理解数据流向的复杂化，假设有下图所示的网络。谢谢您的观看第五十二页，共52页。