NP_03 虚拟局域网(VLAN)概述

[e-mail]智能与网络化控制技术研究室第三章虚拟局域网（VLAN）交换今日汗水，路由明朝辉煌[e-mail]智能与网络化控制技术研究室教学目标•理解虚拟局域网的概念•理解虚拟局域网的用途和优点•掌握802.1Q标准•掌握VLAN的配置方法•掌握Trunk的配置方法•掌握利用路由器和三层交换机实现VLAN间路由的方法•了解PrivateVLAN和SuperVLAN技术[e-mail]智能与网络化控制技术研究室本章内容VLAN概述VLAN定义方法VLAN和Trunk的配置交换机的基本配置VLAN间的通信VLAN排错[e-mail]智能与网络化控制技术研究室课程议题3.1VLAN概述[e-mail]智能与网络化控制技术研究室广播域•能够接收到某个节点发送的广播信号的范围即是广播域。•通常来说一个局域网就是一个广播域。•广播域过大带来的问题•广播过多，导致带宽浪费•广播面大导致安全性降低•节点需要处理过多的广播[e-mail]智能与网络化控制技术研究室分隔广播域•解决广播域过大的方法是分隔广播域，将一个大范围的广播域变成多个小范围的广播域•分隔广播域的方法•使用路由器分割成多个子网•使用虚拟局域网(VLAN)分隔成多个子网[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN的概念•虚拟局域网（VirtualLocalAreaNetwork，VLAN）•将一个物理交换机通过配置变成多个逻辑上的交换机。•每一个逻辑交换机连接一个局域网（子网）交换机广播帧广播帧[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN的特点•VLAN的特点：•基于逻辑的分组•在同一VLAN内和真实局域网相同•不受物理位置限制•减少节点在网络中移动带来的管理代价•不同VLAN内用户要通信需要借助三层设备[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN的用途•VLAN的用途•控制不必要的广播的扩散，从而提高网络带宽利用率，减少资源浪费。•划分不同的用户组，对组之间的访问进行限制，从而增加安全性。[e-mail]智能与网络化控制技术研究室与物理位置无关的VLAN工程部销售部财务部一层二层三层[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN与网络管理•由于实现了广播域分隔，VLAN可以将广播风暴控制在一个VLAN内部，划分VLAN后，随着广播域的缩小，网络中广播包消耗的带宽所占的比例大大降低，网络性能得到显著提高；•不同的VLAN间的数据传输是通过第三层（网络层）的路由来实现的，因此使用VLAN技术，结合数据链路层和网络层的交换设备可搭建安全可靠的网络；•同时，由于VLAN是逻辑的而不是物理的，因此在规划网络时可以避免地理位置的限制。[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN具有的功能•控制网络广播、提高网络性能；•分隔网段、确保网络安全；•简化网络管理、提高组网灵活性。[e-mail]智能与网络化控制技术研究室课程议题3.2VLAN定义方法[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN的定义方法•基于端口的VLAN（静态VLAN）•根据以太网交换机的端口来划分VLAN•实际工作中最常用的VLAN技术•基于MAC地址的VLAN•根据每个主机网卡的MAC地址来划分VLAN•基于网络层的VLAN•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VLAN•基于IP组播的VLAN•一个组播组就是一个[e-mail]智能与网络化控制技术研究室基于端口的VLAN•创建新VLAN•手工将端口加入到新VLAN中，即可实现基于端口的VLAN•默认情况下，交换机所有端口属于VLAN1（DefaultVLAN），VLAN1024681012141618202224VLAN201357911131517192123VLAN1（DefaultVLAN）[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN•基于端口的VLAN也称为静态VLAN•其余三种属于动态[e-mail]智能与网络化控制技术研究室课程议题3.3VLAN标准[e-mail]智能与网络化控制技术研究室多交换机同VLAN的通信•每个VLAN需要单独的线缆进行连接•每根互联线缆上只承载一个VLAN内的数据•VLAN越多，用于互联的线缆越多，用于连接主机的线缆越少[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN标准•为了实现在互联线缆上承载多个VLAN的数据帧，需要一种能够区分不同VLAN数据帧的方式•802.1Q规定了VLAN的标签信息及标签格式，用来区别不同VLAN的数据帧[e-mail]智能与网络化控制技术研究室802.1Q帧格式•IEEE802.1Q使用4Byte的标记头来定义Tag（标记）；•Tag头中包括2Byte的协议标识TPID（TagProtocolIdentifier）和2Byte的控制信息TCI（TagControlInformation）。目的MAC源MACVPIDVCITypeDATAFCS0X8100801.1P3bCFT1bVID12b目的MAC源MAC长度/类型DATAFCS以太网帧格式802.1帧格式6字节6字节2字节46～1500字节4字节[e-mail]智能与网络化控制技术研究室IEEE802.1Q数据帧•标记协议标识（TPID）:•固定值0x8100,表示该帧载有802.1Q标记信息•标记控制信息（TCI）:•Priority：3比特，表示优先级•Canonicalformatindicator：1比特，表示总线型以太网、FDDI、令牌环网•VlanID：12比特，表示VID，范围[e-mail]智能与网络化控制技术研究室交换机的端口•Trunk:TagAware端口（连接交换机）•Acess：UnTagged端口（连接计算机）[e-mail]智能与网络化控制技术研究室交换机的端口模式•ACCESS端口•Access端口只能属于一个VLAN，它发送的帧不带有VLAN标签，一般用于连接计算机的端口，PortVLAN•Trunk端口•可以允许多个VLAN通过，它发出的帧一般是带有VLAN标签的，一般用于交换机之间连接的端口，TAGVLANVLAN10VLAN20VLAN30VLAN10VLAN20VLAN30Trunk端口Access端口[e-mail]智能与网络化控制技术研究室Port-VLAN原理•通过查找MAC地址表，交换机对发往不同VLAN的数据不转发F0/1F0/2F0/3ABCVlan10Vlan20Vlan10ABACX交换机端口MAC地址VLANIDF0/1A10F0/2B20F0/[e-mail]智能与网络化控制技术研究室何谓TRUNK•所谓的Trunk是用来在不同的交换机之间进行连接，以保证在跨越多个交换机上建立的同一个VLAN的成员能够相互通讯；•其中交换机之间互联用的端口就称为Trunk端口。•Trunk这个词是干线或者树干的意思，不过一般不翻译，直接用原文。•注意：与一般的交换机的级联不同，Trunk是基于OSI第二层的。[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLANTrunk•在交换机之间或交换机与路由器之间，互相连接的端口上配置中继模式，使得属于不同VLAN的数据帧都可以通过这条中继链路进行传输。•帧的格式分为两种：•ISL：Inter-Switchlink，是Cisco交换机独有的协议•IEEE802.1Q：是国际标准协议，被几乎所有的网络设备生产商所共同支持；[e-mail]智能与网络化控制技术研究室IEEE802.1Q标准•1996年3月，IEEE802.1InternetWorking委员会结束了对VLAN初期标准的修订工作；•统一了Frame-Tagging（帧标记）方式中不同厂商的标签格式，制定IEEE802.1QVLAN标准，进一步完善了VLAN的体系结构；•802.1Q定义了VLAN的桥接规则，能够正确识别VLAN的帧格式，更好地支持多媒体应用；•它为以太网提供了更好服务质量（QoS）保证和安全的能力。[e-mail]智能与网络化控制技术研究室802.1Q工作原理•802.1Q工作特点：•802.1Q数据帧传输对于用户是完全透明的。•Trunk上默认会转发交换机上存在的所有VLAN的数据。•交换机在从Trunk口转发数据前会在数据打上个Tag标签，在到达另一交换机后，再剥去此标签。A交换机1交换机2B数据帧Tag标签[e-mail]智能与网络化控制技术研究室802.1Q的NativeVLAN•NativeVLAN用于实现与不支持802.1Q帧的设备兼容•802.1Q不为NativeVLAN的帧打标签•默认情况下，NativeVLAN=DefaultVLAN=VLAN1没有打标签的VLAN流量（NativeVLAN）VLAN3VLAN2VLAN1VLAN3VLAN2VLAN1TrunkTrunk集线器[e-mail]智能与网络化控制技术研究室课程议题3.4VLAN和Trunk的配置[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN的配置•添加或者修改VLANSwitch(config)#vlanvlan-id//创建一个新VLANSwitch(config-vlan)#namevlan-name//命名（可选）•删除VLANSwitch(config)#[e-mail]智能与网络化控制技术研究室VLAN的配置•查看VLANSwitch#showvlanVLANNameStatusPorts----------------------------------------------------------------------------1defaultactiveFa0/1,Fa0/2,Fa0/3,Fa0/4,Fa0/5,Fa0/6Fa0/7,Fa0/8,Fa0/9,Fa0/10,Fa0/11,Fa0/12Fa0/13,Fa0/14,Fa0/15,Fa0/16,Fa0/17,Fa0/18Fa0/19,Fa0/20,Fa0/21,Fa0/22,Fa0/23,Fa0/[e-mail]智能与网络化控制技术研究室向VLAN内添加端口•将端口分配给一个VLANSwitch(config)#interfaceinterface-id//进入交换机端口Switch(config-if)#switchportmodeaccess//将端口配置为access口Switch(config-if)#switchportaccessvlanvlan-id//将端口指派到某[e-mail]智能与网络化控制技术研究室配置VLANTrunk•将端口设置成Trunk端口Switch(config)#interfaceinterface-idSwitch(config-if)#switchportmodetrunk•指定Trunk端口的NativeVLANS