VLAN与三层交换机

2024-05-07 10:30:02

1.VLAN的概念及优势

1.1分割广播域

物理分割：路由分割，子网划分

逻辑分割：划分VLAN

注：广播中如果有多个主机发出广播，要划分广播域，不然会造成广播风暴（占用大量带宽使网络瘫痪）

1.2VLAN优势

控制广播：划分后只需管理每个VLAN区域的广播。

增强网络安全性：不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信。

简化网络管理:只需管理每个vlan区域即可。

2.VLAN的种类

2.1静态vlan

基于端口划分静态VLAN，是目前最常见的VLAN实现方式。

静态VLAN即明确指定交换机的端口属于哪个VLAN，这需要网络管理员手动配置，当主机连接到交换机的接口上时，就被分到对应的VLAN中。

华为的vlan数量是4096；其中vlan0和vlan4095系统保留不可见不可使用；vlan1，系统默认vlan，用户可以使用这个vlan，但不可以删除，vlan2~vlan4094用户可以创建，使用，删除

2.2动态vlan

基于MAC地址划分动态VLAN（需要额外买服务器）

3.交换机vlan的接口类型

access：一般用于连接计算机或者路由的端口

作用：数据进交换机的时候打上vlan标签，出交换机的时候脱掉vlan标签

trunk:中继一般用于连接交换机与交换机的端口

作用：用于识别可放心行的vlan标签

hybrid:华为私有协议华为交换机接口上默认的接口类型

小结：1.VLAN是逻辑隔离的虚拟局域网

2.VLAN能够隔离广播，提高安全性，简化管理

3.VLAN分为动态VLAN和静态VLAN

4.静态VLAN有两种配置方式：VLAN数据库和全局配置

4.Trunk的作用

Trunk是用来实现不同交换机上相同VLAN的主机之间的通信，即跨交换机的VLAN通信

PC经过发送方交换机某个接口发送数据，此时交换机对照vlan信息表，将经过某接口的数据打上标签，打上标签的数据经过trunk（主干）链路验证这个vlanid是否在trunk链路范围内，若是在名单范围内，就无条件放行，如果不在名单范围内，则该流量不予通过。当打了标签的数据到达了接受方的交换机后，接收方交换机会解开这个数据对应的标签，对照本地mac地址表和vlan信息表，将此消息发给该vlan对应的端口上。

1.当WLAN30中的主机A发送数据帧给主机B时，主机A发送的数据帧是普通的数据帧。
2.交换机SW1接收到数据帧，知道这个数据帧来自WLAN30且要转发给交换机SW2，于是就会在数据帧中打上VLAN30的标识，然后转发给SW2。
3.交换机SW2接受到带有VLAN30标识的数据帧后，根据目标的MAC地址，得知数据帧是发给主机B的，就删除VLAN标识还原为普通的数据帧，然后转发给主机B。
5.VLAN的标识

在以太网上实现中继，有两种封装类型：ISL（Cisco私有标准），IEEE802.1q

ISL帧格式

IEEE802.1q帧格式

2字节标识协议标识符（TPID）包含一个0X8100的固定指，这个特定的TPID值指明了该帧带有IEEE802.1q的标识信息。

2字节标识控制信息（TCT）包含了下面的三个元素：

1.3位的用户优先级：IEEE802.1q不使用该字段

2.1位的规范格式标识符:CFT常用于以太网和令牌网。在以太网中，CFT的值通常设置为0。

3.12位VLAN标识符：该字段唯一标识了帧所属的VLAN。VLAN ID可以唯一标识4096个VLAN，但VLAN 0和VLAN 4095是被保留的。

access：用于交换机和主机相连或者主机和路由器相连时需要的类型,access接口只能属于一个vlan。

Trunk：用于交换机和交换机相连的类型（连接两端需要相同配置），trunk不属于任何vlan，它是一条公有链路，用来在单条链路上承载不同的vlan流量让其通过。Trunk有两种封装模式：ISE和IEEE802.1q。Trunk配置简化了网络结构，管理更灵活

vlan工作原理：一个VLAN=一个广播域=逻辑网段（子网）。

用户可创建vlan范围在2~4094。

6.三层交换机

1次转发，多次交换

三层交换技术可以实现VLAN间通信

三层交换=二层交换+三层转发

当三层设备接收到一个数据帧，会拆除原数据帧，重新封装新的源MAC地址和目标MAC地址，并且因为帧头部的信息发生变化，最后的帧校验CRC也应当随之改变。

在这个流中的多个数据包，其中只有第一个数据包是由三层交换机的三层引擎来处理的，处理的方式是软件方式，与路由器相同，三层引擎获取了新的2层封装信息后，叫路由转发这个数据包。

在第一个数据包转发完成后，在硬件中创建一个MLS条目，用于后续的数据包由硬件执行的重新封装和快速转发。2层数据帧会被重新封装为需要转发的下一个网段中的帧格式。

这就是MLS一次路由，多次交换的原理。

6.1传统的MLS

使用传统的MLS时，交换机将流中第一个数据包转发给第三层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行过处理，对数据流中的第一个包进行路由处理后，第三层引擎对硬件交换组织进行编程，使之为后续的数据包选择路由。这个过程被称为“一次路由多次交换”，也就是说交换机的三层引擎只需要处理数据流中的第一个数据包，而后续的数据全部由硬件来执行转发。这样实现了三层交换的线速转发。

6.2基于CEF的MLS

1.与传统MLS不同的是，CEF预先根据路由表学习路由信息后，直接储存在FIB (转发信息库)。REF预先根据ARP表生成邻接关系表，直接由硬件进行转发。传统MLS至少需要软件查询一次路由表后，建立转发条目，才能使用硬件进行转发。

2.FIB (转发信息库)

3.邻接关系表

7.工作原理

第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层，是利用第三层协议中的IP包的包头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第二层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条通路。这条通路经过第二层链路层。有了这条通路，三层交换机就没有必要每次将接收到的数据包进行拆包来判断路由，而是直接将数据包进行转发，将数据流进行交换。

当一个三层数据包进入三层交换机以后，会查看路由表，即“一次路由”，查找出接口和下一跳，之后会找到下一跳的MAC地址，进行二层封装的变换，和三层设备即路由器的本质是一样的（三层的本质：是把一个子网的MAC迁移到另外一个子网，不同子网的MAC不可能会出现在同一个包的源目MAC上，把原有的二层封装去掉，封装上新的MAC地址，源是出接口的MAC地址，目的是下一跳的MAC地址，此时新的二层封装形成，数据包转发出设备），完成一次“路由器”的工作

如果找不到下一跳的MAC地址，进行ARP洪范，再找不到就丢弃。在做二层封装的时候，因为有目标MAC的存在，所以也可以说是三层的目标IP最后会映射到目标MAC上，此时会形成一个目标IP和封装目标MAC的映射，而三层交换机具有二层交换机的功能，则此时就形成了三层到二层的一个映射，转发一定是要找到接口，通过IP找到MAC，通过MAC找到对应出接口，这就相当于形成了一个IP的MAC表，那么三层IP进来以后就直接会找到对应的出接口，数据包就不需要再查看数据表，只需要变换一次二层封装就可以了。
总结：

三层交换=二层交换+三层转发

实现不同vlan之间的通信

路由器主要功能计算路由，三层交换机不可以

三层交换机通过硬件来交换和路由选择数据包，简单来说三层交换就等于是二层交换加上三层转发

三层交换机具有路由功能可以转发数据，ip地址是配置在虚拟接口上而不是物理接口，物理接口对接交换机的配置trunk，对接 pc机配置的access

一次路由：数据流的第一数据包由三层引擎来处理，重新封装mac地址，

在由路由转发数据包。

多次交换：第一个数据包转发后，会在硬件创建一个MSL条目。

MLS包含fln（转发的信息库：包含有vlan ip和主机ip）、邻接关系表（链接主机和mac地址），通过查询FLB和邻接关系表重新封装

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