交换机VLAN技术和实验（eNSP）

目录

一，交换机的演变

1.1，最小网络单元

 1.2，中继器（物理层）

1.3，集线器（物理层）

1.4，网桥（数据链路层）

二，交换机的工作行为

2.1，行为

2.2，总结

三，VLAN

3.1，VLAN简介

3.2，VLAN的基本概念

四，交换机的链路类型以及VLAN划分

4.1，交换机链路类型（请仔细阅读，对接下来的实验理解有极大帮助）

五，vlan-access&trunk实验

5.1，实现在一个交换机下，同vlan间通信，而不同vlan间隔离的配置。

5.2，实现在不同的交换机下，相同的vlan下的pc可以进行通信

5.3，遗留问题

六，vlan-access&trunk实验

6.1，SW4配置

七，单臂路由实验

7.1，配置细节

7.2，思考

八，三层交换机实现单臂路由效果

8.1，配置细节

最后

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一，交换机的演变

1.1，最小网络单元

最小网络单元有有以下三个部分构成：

网卡：将我们的信息转化为电信号

网线：作为传输介质传输电信号

协议栈：类似于两台主机之间沟通的语言，比如说两台主机之间都要支持tcp/ip协议栈才可以进行对应的通信。

缺点：1，网线传输距离短，超过一百米就会开始丢包（丢失数据）。2，要是多台主机之间要通信，这种连接结构显然太麻烦了。

 1.2，中继器（物理层）

 如上图：

我们在网线之间添加一个信号放大器（中继器）用来放大信号，这样可以延长信息在网线上的传输距离。

缺点：因为中继器只有两个口，所以想要进行三台主机之间的通信是不行的。

1.3，集线器（物理层）

 如上图：

集线器上有多个口，用于连接，这样就解决了中继器接口少的问题。

工作模式：当一个接口收到数据之后，集线器会复制这份数据，并且向其他接口发送（不包括收到数据的接口），这种工作模式叫做泛洪。

缺点：一个集线器上的所有接口形成了一个冲突域，假如pc1发数据，集线器上收到数据之后，会向其他接口也发送这份数据，这时上图的pc2和pc3在这个时间段都是不可以发送数据的。但是这样的话，我们传输介质的利用率就降低了。

补充：这项防止数据发送冲突的协议叫做CSMA/CD：带碰撞检测的载波侦听多路访问协议。

1.4，网桥（数据链路层）

 如上图：

工作原理简介：

缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理

过滤：通过查询mac地址表，判断入帧的目标节点是否位于发送这个帧的网段中(同一端口中) ，如果是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口。(网桥设备中存在一张mac地址表，上面记录着网桥的每个端口下所连接的主机的mac地址)

转发：查询mac地址表之后，发现帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段 (向另一端口转发) 

缺点：一个网桥的端口只有两个，所以要先连接多个设备，还是需要添加集线器进行来连接，但是添加了集线器的话就又回到了老问题，冲突域。所以总的来说：网桥的缺点就是，这冲区域他虽然分离了，但是又好像和没分一样。

1.5，交换机

 交换机在网桥的基础上添加了更多的端口，以至于不需要集线器就可以连接多台主机，转发的速度更快。

二，交换机的工作行为

2.1，行为

1，学习：记录数据帧的源MAC以及入接口信息

2，转发
      如果是单播的数据帧，此时根据目的MAC查看MAC地址表，查看是否存在映射关系
        >1.如果存在映射关系，“已知单播数据帧” 直接按照MAC地址表的映射关系转发
        >2.如果不存在映射关系，"未知单播数据帧" 执行泛洪的动作：xxxxx
      如果是广播的数据帧/组播的数据帧
        >1.泛洪：从除了接收端口之外的其他所有端口都复制发送一份
3，丢弃：如果交换机的接口收到某一个数据帧，发现还要将其从接收端口进行转发，此时会将其丢弃

4，现在我们来模拟一个场景看交换机具体如何学习mac地址

主机 A 向主机 D 发送数据：A 发送数据帧，数据帧的源 MAC 地址是 11:11:11:11:11:11 ，目的 MAC 地址是 44:44:44:44:44:44 。交换机端口 1 收到数据帧，记录源 MAC 地址和端口的对应到 MAC 地址表项。交换机不知道目的 MAC 地址在哪个端口，于是将数据帧进行泛洪，即转发到除端口 1 之外的所有端口。B 和 C 发现目的 MAC 地址不是自己，将丢弃数据帧。

D 发现是发送给自己的数据帧，于是发送应答数据帧，源 MAC 地址是 44:44:44:44:44:44 ，目的 MAC 地址是 11:11:11:11:11:11 。交换机端口 4 收到数据帧，记录 D 的 MAC 地址表项。于是交换机知道了主机 A 和主机 D 的 MAC 地址信息，之后会根据 MAC 地址表进行转发。交换机通过同样的方式，可以学习到主机 B 和主机 C 的 MAC 地址。

2.2，总结

1.学习：学习源MAC以及入接口 构建MAC地址表[CAM]
B=广播 M=组播 U=unknow 未知单播帧
2.转发：对于BUM数据帧，执行泛洪的行为，对于已知单播数据帧，执行查表进行转发行为。
3.丢弃：收到数据将数据从该接口还要进行发送，此时则会丢弃。
学习：报文学习=动态MAC地址表 静态MAC地址表=人为配置的MAC地址表信息
MAC地址表存在时间=300S 老化时间 =5M
五分钟如果没有关于该MAC的数据信息，此时该MAC对应的MAC地址表项，会自然老化。
意外：与MAC地址表关联的物理接口故障后，此时与该接口关联的所有动态的MAC地址信息将被全部删除。
特点：交换机的一个接口可以同时对应多个不同的MAC地址；对于某一个相同的MAC地址，交换机只会有一个对应接口。

三，VLAN

3.1，VLAN简介

定义：
VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内。

目的：
以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的共享通讯介质的数据网络通讯技术。当主机数目较多时会导致冲突严重、广播泛滥、性能显著下降甚至造成网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互连虽然可以解决冲突严重的问题，但仍然不能隔离广播报文和提升网络质量。

在这种情况下出现了VLAN技术，这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播报文就被限制在一个VLAN内。

3.2，VLAN的基本概念

VLAN标签：
要使设备能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN信息的字段。IEEE 802.1Q协议规定，在以太网数据帧的目的MAC地址和源MAC地址字段之后、协议类型字段之前加入4个字节的VLAN标签（又称VLAN Tag，简称Tag），用以标识VLAN信息。

VLAN帧格式：

体现在报文上就是这样，这是在trunk口下抓的报文（在一般的口上抓不到，因为access口会剥掉tag，untagged hybrid也是抓不到的，还可以在tagged hybrid抓，因为他也是不剥tag的）：

TPID：Tag protocol ID: 802.1Q=0x8100 =公有化的802.1Q 2B
pri：优先级 3bit 2^3=8 代表vlan数据的优先级==QOS-服务质量
CFI：第一个1bit为 0=以太网数据帧=经典格式， 1=非以太网数据帧 不经典
默认交换机所有的接口属于VLAN-1。
Vlan-id：VLAN号 12bit 2^12=4,096，所有的VLAN-ID号有0-4095，但是0和4095保留，所以可以使用的就是1-4094（这一点在我们的实验中会有体现）
TCI：tag control information:tag控制信息 
将接口划分进VLAN后，每个接口都会有所属的链路类型，此时不同的链路类型对于数据有不同的处理行为。

缺省VLAN：
缺省VLAN又称PVID（Port Default VLAN ID）。前面提到，设备处理的数据帧都带Tag，当设备收到Untagged帧时，就需要给该帧添加Tag，添加什么Tag，就由接口上的缺省VLAN决定。

接口收发数据帧时，对Tag的添加或剥除过程。

对于Access接口，缺省VLAN就是它允许通过的VLAN，修改缺省VLAN即可更改接口允许通过的VLAN。
对于Trunk接口和Hybrid接口，一个接口可以允许多个VLAN通过，但是只能有一个缺省VLAN。接口的缺省VLAN和允许通过的VLAN需要分别配置，互不影响。

其他知识点：

PVID===port vlan-id:接口的VLAN-ID号
对于交换机的泛洪：会向除接受端口之外其他能够转发本VLAN的端口进行泛洪。
1.接收方向不会进行TAG的剥离。
2.交换机内部处理的都是带TAG的数据帧。

四，交换机的链路类型以及VLAN划分

4.1，交换机链路类型（请仔细阅读，对接下来的实验理解有极大帮助）

1，Access（接入类型）特点：只能属于某一个VLAN，此时只能为1个VLAN打/剥离标签。用于：连接终端设备 PC/打印机/摄像机/路由器/

           接收方向：

1.  如果收到空白的数据帧，打上接口的PVID，进入交换机内部处理。            
2.  如果收到携带标签的数据帧，首先查看数据的VLAN-ID和接口的PVID是否一致，如果一致，则正常接收，进入交换机内部处理，如果不一致，直接丢弃。

           发送方向：

1. 发送时数据与PVID相同的VLAN-ID号剥离掉。 

2，Trunk（干道类型）特点：同时允许多个不同的VLAN通过。列表：VLAN的允许列表 // 通过的前提条件 保证存在该VLAN，作用： 交换机与交换机互联的链路

         接受方向：

第一种可能：

1. 如果收到空白的数据帧，则首先打上接口的PVID，然后执行下一步。
2. 查看VLAN允许列表，如果不存在，则丢弃，如果存在，则接收，数据进入交换机内部处理。

第二种可能： 

1. 如果收到携带标签的数据帧，直接查看VLAN允许列表，如果不存在，则丢弃，如果存在，则
   接收，数据进入交换机内部处理。

        发送方向： 

1. 查看数据存在的VLAN是否在接口的VLAN允许列表中，如果不存在，则丢弃，如果存在，则
   进行下一步。
2. 此时会将数据中VLAN-ID号与接口的PVID进行比对，根据不同的结果进行不同的处理行为。如果相同：此时会将该VLAN剥离掉发送；如果不同：此时不会对数据进行任何的修改动作。

3，Hybrid（混杂端口） 特点：同时能够为多个不同的VLAN在发送方向时 剥离标签

        接受方向：

第一种可能：

1. 如果收到空白的数据帧，则首先打上接口的PVID，然后执行下一步。
2. 查看VLAN允许列表，如果不存在，则丢弃，如果存在，则接收，数据进入交换机内部处理。

 第二种可能：

1. 如果收到携带标签的数据帧，直接查看VLAN允许列表，如果不存在，则丢弃，如果存在，则
   接收，数据进入交换机内部处理。

        发送方向：

1. 查看数据存在的VLAN是否在接口的VLAN允许列表中，如果不存在，则丢弃，如果存在，则
   进行下一步
2. Hybrid根据接口的发送方向，定义多个VLAN以带标签/不带标签的方式通过。

                如果是tagged模式，则带着VLAN-标签发送。 ===Trunk/多个vlan通过

                如果是untagged模式，则剥离VLAN-标签发送。 ==Access/叠加式Access （）

4，补充 

4.1，当接口配置了PVID之后，此时如果Hybrid接口下没有对该VLAN 执行任何的untagged 或tagged，则此时vlan允许列表中，无该VLAN。

4.2，交换机如果修改PVID之后，且两端的PVID号不一致，可能会导致相同的VLAN之间无法通信，不同的VLAN之间可以通信，所以通常，不会修改接口的PVID。

4.3，无论Access/Trunk：最多同时可以为1个vlan剥离标签。

4.4，VLAN-ID等于PVID时，trunk接口才会剥离标签。

五，vlan-access&trunk实验

网络拓扑图如下，

拓扑图1

实验要求：

1，使用vlan技术实现在pc3可以和pc7通信但是不可以和pc4通信。

2，在不同的交换机下，相同的vlan下的pc是可以进行通信的，比如说上图的pc3可以和pc5通信。

3，具体信息已在拓扑图中标出。

5.1，实现在一个交换机下，同vlan间通信，而不同vlan间隔离的配置。

首先实现在一个交换机下，同vlan间通信，而不同vlan间隔离的配置。

对pc的配置：pc7的配置如下，这里没有配置网关，因为本实验没有涉及三层。

在SW2中做如下配置

1，进入系统视图

2，修改设备名字（以便于区别设备，我这里是改为SW2）

3，创建需要的vlan，我们这里需要vlan 10和vlan 20（命令：vlan batch 10 20）

4，进入接口，为接口配置链路类型，在这里g0/0/2和g0/0/1用到的接口类型都是access（命令：port link-type access 可简写为 p l a,如下图）

5，然后，为接口配置对应的vlan，在这里g0/0/2用的vlan是20（命令：port defualt vlan 20，简写为：p d v 20），

进行上面的操作后，我们对SW2的g0/0/2接口就操作完成了。那么对于g0/0/1和g0/0/4接口，我们如法炮制即可，只是我们要想pc3可以和pc7通信而不可以和pc4通信，那么我们需要将g0/0/4也配为vlan10，g0/0/1配为vlan20即可。

然后，我们使用pc3 ping pc4和pc7测试一下。我们发现达到了要求。

5.2，实现在不同的交换机下，相同的vlan下的pc可以进行通信

现在我们再来实现在不同的交换机下，相同的vlan下的pc可以进行通信的要求。

对于SW3的接口g0/0/1和g0/0/2接口的配置我这里就不展示了，如上都是配置access口。

现在展示，SW3的接口g0/0/3接口的配置，注意在这里我们要配置接口为trunk口。

配置如下：

1，port link-type trunk 简写为 p l t。

2，port trunk allow-pass vlan all，意思是允许所有的vlan报文通过，包括vlan10和20，这里我们也可以写port trunk allow-pass vlan 20 10也就是说只允许vlan10和20的包通过。

3，同时要注意，我们要在对端也就是SW2的g0/0/3接口也要做如下配置，也是trunk口。

做好配置之后，我们使用pc3 ping pc5 我们会发现ping通了。那么实验成功了。

补充：其实一开始默认我们交换机所有的接口都属于vlan 1，如下图：

5.3，遗留问题

5.3.1，为什么SW2下的g0/0/1，2，4是access口？

首先，我们已经知道了access口的工作原理，当交换机收到pc3访问pc7的数据时，交换机首先会检查数据是否带有vlan-id，如果带有vlan-id，他会检查vlan-id是否和本接口的pvid一致（接口的pvid我们可以使用 dispaly vlan命令查看，如下图，我们发现接口的pvid和我们的配的vlan一致，这是access接口的一个特点），如果一致，则数据进入交换机内部处理。如果不一致，那么他就会丢弃此数据，如果没有vlan-id，那么他就会打上当前接口规定的pvid，所以现在交换机位收到的pc3数据打上vlan 10的pvid，然后，发给同pvid的接口g0/0/4，然后再将打上的pvid剥离后发给pc7.

5.3.2，为什么SW2的g0/0/3和SW3的g0/0/3都是trunk口？

在我们知道了trunk口的工作原理下，我们可以来推测pc3 ping pc5的过程，首先pc3来没有写的vlan id的数据帧给交换机，此时交换机为数据帧打上接口的pvid，然后，交换机查表看此pvid是否可以通过此trunk口，因为我们配置 port trunk allow-pass vlan all，所以都可以通过，到了SW3的g0/0/3接口，由于接口的配置也是 port trunk allow-pass vlan all，所以SW3就接收了该数据，然后就是老套路，由g0/0/1接口去掉tag之后发给pc5。

我们可以看看带tag和不带tag的报文。

六，vlan-Hybrid实验

拓扑图2

实验要求：

1，vlan划分如上图所示。

2，pc8可以访问pc10，但是pc8不可以访问pc9

6.1，SW4配置

首先我们来配置SW4

1，进入系统视图

2，修改设备名字（以便于区别设备，我这里是改为SW4）

3，创建需要的vlan，我们这里需要vlan 2，3，100（命令：vlan batch 2 3 100）

4，进入接口，为接口配置链路类型，在这里g0/0/3，g0/0/2和g0/0/1用到的接口类型都是hybrid（命令：port link-type hybrid 可简写为 p l a,如下图）

5，进入接口配置接口的pvid，千万记得配（我当时就是没配，就出错了），这一步在配置access接口是是没有的，因为一个access接口只属于一个vlan，所以接口的pvid就等于vlan id

6，配置接口的vlan，以及对收到的vlan的处理方式，

g0/0/1的配置同上我就不展示了，因为只有通过的vlan要改，由于不可以通过vlan 2的数据但是要通过vlan100的数据，所以是port hybrid untagged vlan 2 100

而g0/0/3的配置如下：注意这里不用配pvid，因为我这段没有配vlan呀！（也就是SW4和SW5之间）

最后，我们再用pc8测试一下，我们发现，配置满足要求，实验成功。

七，单臂路由实验

拓扑图一

实验要求：pc11和pc12现在在不同的网段，不同的vlan，他们之间需要相互通信

7.1，配置细节

首先，我们知道，主机之间需要跨网段通信的时候，那我们就需要网关，帮助我们查表转发，在我们没有三层交换机的时候，我们实现此要求必定会用到路由器，路由器有一项技术——虚拟子接口（subinterface）应用于单臂路由。

首先我们在交换机上进行配置，配置要求如下：这里我就不展现配置细节了，配置access口和trunk口上面都已经讲过了。

这里我们主要来配置路由器，路由器的配置如下：

1，进入系统视图。

2，创建子接口。注意：在华为的设备上创建子接口的方式是 int 原有的接口.子接口序号。如下：我创建了 int g0/0/0.1

3，在子接口上配置IP作为网关IP。这里的 g0/0/0.1字接口是作为pc11的网关，所以配置IP为192.168.1.1

4，配置允许在此子接口上通信的vlan号，dot1q termination vid 10 意思是允许vlan 10的包通信 注意是 dot1q 而不是dotlq。

5，最后，我们还要在接口上开启转发arp报文的功能，这个功能在华为设备上需要手动开启，在思科设备上则是默认开启的。（之后我们来讲一下为什么要开启）

6，我们再创建int g0/0/0.2进行如上的操作，只是我们的网关要改为192.168.2.1.（在此之前我们已经在电脑上配置了网关，所以可以直接配置）

之后，我们使用pc11 ping pc12测试一下。如下：现象满足要求，实验成功！

7.2，思考

为什么路由器需要开启arp转发功能？

首先，我们在如下位置抓包看一下，使用pc11 ping pc12

我们在g0/0/0接口抓到的包如下：

由我们抓到的包，我们可以知道以下流程：

1，pc11由于没有网关的mac地址，pc11发送arp广播询问谁是192.168.1.1

2，路由器收到arp广播包之后，填上路由器int g0/0/0接口的mac地址，以单播的形式发回，如下：

3，路由器收到192.168.1.11（pc11）请求192.168.2.12（pc12）的报文时，路由器查询arp表，发现没有192.168.2.12的mac地址进行下一步

4，路由器查询路由表，看是否有去往192.168.2.0/24网段的路由，如果有，路由器则发送广播arp询问192.168.2.12的mac地址，没有则不进行操作。如下表：

我们可以知道去往192.168.2.0/24网段的路由，所以路由器发送广播arp询问192.168.2.12的mac地址

5，pc12收到询问自己mac地址的arp报文之后，发送填上自己mac地址的arp单播报文给路由器，至此路由器拥有了pc11和pc12的mac地址。

6，之后，pc11和pc12就可以开始通信了。

八，三层交换机实现单臂路由效果

拓扑图二

实验要求：

使用三层交换机实现不同vlan，不同网段下的主机通信。

pc13：192.168.1.13/24 网关：192.168.1.1

pc14：192.168.2.14/24 网关：192.168.2.1

8.1，配置细节

1，创建需要的vlan

2，创建处理对应vlan的vlanif接口如下Vlanif10

3，配置vlanif接口的ip地址

4，为交换机的接口配置接口类型，这里是access口

5，为交换机的接口配置vlan

6，查看交换机的路由表看配置是否成功，没错三层交换机有自己的路由表

做完以上配置之后，我们可以测试一下。如下，实验成功

最后

本篇博客对交换机，VLAN技术和实验的介绍和实验就到这里了，如果本篇博客对你有帮助的话请点赞收藏支持一下，谢谢！答应我！不要白嫖好吗？哈哈哈！咱们下篇博客见。