实验五 VLAN

路由与交换实验

实验 五、配置虚拟局域网（VLAN）

一、实验目的

本实验主要通过具体案例中交换机上 VLAN、VTP的 配置，交换机间 TRUNK

的配置， 掌握交换机上VLAN划分方法，理解LAN、VTP、TRUNK 的工作原理。

二、实验原理

1、VLAN工作原理：

VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案。 VLAN技术允许网络管理者将一个物理的LAN逻辑地划分成不同的广播域（或称虚拟LAN，即VLAN），每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性。但由于它是逻辑地而不是物理地划分，所以同一个VLAN内的各个工作站无须被放置在同一个物理空间里，即这些工作站不一定属于同一个物理LAN网段。一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。

VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLAN ID把用户划分为更小的工作组，不同工作组间的用户二层互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。 VLAN在交换机上的实现方法，可以大致划分为4类: 1） 基于端口划分的VLAN

这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的端口来划分，比如Quidway S3526的1~4端口为VLAN 10，5~17为VLAN 20，18~24为VLAN 30，当然，这些属于同一VLAN的端口可以不连续，如何配置，由管理员决定，如果有多个交换机，例如，可以指定交换机 1 的1~6端口和交换机 2 的1~4端口为同一VLAN，即同一VLAN可以跨越数个以太网交换机，根据端口划分是目前定义VLAN的最广泛的方法，IEEE 802.1Q规定了依据以太网交换机的端口来划分VLAN的国际标准。

这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都指定义一下就可以了。它的缺点是如果VLAN A的用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，那么就必须重新定义。 2）基于MAC地址划分VLAN

这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置他属于哪个组。这种划分VLAN的方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，所以，可以认为这种根据MAC地址的划分方法是基于用户的VLAN，这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用户的话，配置是非常累的。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低，因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，这

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样就无法广播包了。另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样，VLAN就必须不停的配置。 3）基于网络层划分VLAN

这种划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的，虽然这种划分方法是根据网络地址，比如IP地址，但它不是路由，与网络层的路由毫无关系。它虽然查看每个数据包的IP地址，但由于不是路由，所以，没有RIP，OSPF等路由协议，而是根据生成树算法进行桥交换，。 这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN，这对网络管理者来说很重要，还有，这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量。 这种方法的缺点是效率低，因为检查每一个数据包的网络层地址是需要消耗处理时间的(相对于前面两种方法)，一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网祯头，但要让芯片能检查IP帧头，需要更高的技术，同时也更费时。当然，这与各个厂商的实现方法有关。 4）根据IP组播划分VLAN

IP 组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个组播组就是一个VLAN，这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展，当然这种方法不适合局域网，主要是效率不高。

2、VTP工作原理

VLAN中继协议（VTP，VLAN TRUNKING PROTOCOL）是CISCO专用协议，大多数交换机都支持该协议。VTP负责在VTP域内同步VLAN信息，这样就不必在每个交换上配置相同的VLAN信息。

VTP是一种消息协议，使用第2层帧，在全网的基础上管理VLAN的添加、删除和重命名，以实现VLAN配置的一致性。可以用VTP管理网络中VLAN1到1005。 有了VTP，就可以在一台机换上集中过时行配置变更，所作的变更会被自动传播到网络中所有其他的交换机上。（前提是在同一个VTP域）

为了实现此功能，必须先建立一个VTP管理域，以使它能管理网络上当前的VLAN。在同一管理域中的交换机共享它们的VLAN信息，并且，一个交换机只能参加到一个VTP管理域，不同域中的交换机不能共享VTP信息。 交换机间交换下列信息： z 管理域域名 z 配置的修订号

z 已知虚拟局域网的配置信息．

交换机使用配置修正号，来决定当前交换机的内部数据是否应该接受从其他交换机发来的VTP更新信息。

如果接收到的VTP更新配置修订号与内部数据库的修订号相同域者比它小，交换机忽略更新。否则，就更新内部数据库，接受更新信息。

VTP管理域在安全模式下，必须配置一个在VTP域中所有交换机惟一的口令． VTP的运行有如下特点：

z VTP通过发送到特定MAC地址01－00－0C－CC－CC－CC的组播VTP消息进

行工作。

z VTP通告只通过中继端口传递。

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z VTP消息通过VLAN1传送。（这就是不能将VLAN1从中继链路中去除的原因）

z 在经过了DTP自动协商，启动了中继之后，VTP信息就可以沿着中继链路传

送。

z VTP域内的每台交换机都定期在每个中继端口上发送通告到保留的VTP组播

地址。

z VTP通告可以封装在ISL或者IEEE802.1Q帧内。

3、TRUNK的意思。

TRUNK是端口汇聚的意思，就是通过配置软件的设置，将2个或多个物理端口组合在一起成为一条逻辑的路径从而增加在交换机和网络节点之间的带宽，将属于这几个端口的带宽合并，给端口提供一个几倍于端口的独享的高带宽。Trunk是一种封装技术，它是一条点到点的链路，链路的两端可以都是交换机，也可以是交换机和路由器，还可以是主机和交换机或路由器。基于端口汇聚（Trunk）功能，允许交换机与交换机、交换机与路由器、主机与交换机或路由器之间通过两个或多个端口并行连接同时传输以提供更高带宽、更大吞吐量，大幅度提供整个网络能力。

在最普遍的路由与交换领域，VLAN的端口聚合也有的叫TRUNK，不过大多数都叫TRUNKING ，如CISCO公司。所谓的TRUNKING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。与一般的交换机的级联不同，TRUNKING是基于OSI第二层数据链路层（DataLinkLayer)RUNKING技术，如果你在2个交换机上分别划分了多个VLAN（VLAN也是基于Layer2的），那么分别在两个交换机上的VLAN10和VLAN20的各自的成员如果要互通，就需要在A交换机上设为VLAN10的端口中取一个和交换机B上设为VLAN10的某个端口作级联连接。VLAN20也是这样。那么如果交换机上划了10个VLAN就需要分别连10条线作级联，端口效率就太低了。 当交换机支持TRUNKING的时候，事情就简单了，只需要2个交换机之间有一条级联线，并将对应的端口设置为Trunk，这条线路就可以承载交换机上所有VLAN的信息。这样的话，就算交换机上设了上百个个VLAN也只用1个端口就解决了。

如果是不同台的交换机上相同id的vlan要相互通信，那么可以通过共享的trunk端口就可以实现，如果是同一台上不同id的vlan/不同台不同id的vlan它们之间要相互通信，需要通过第三方的路由来实现；vlan的划分有两个需要注意的地方：一是划分了几个不同的vlan组，都有不同的vlan id号；分配到vlan 组里面的交换机端口也有port id.比如端口1，2，3，4划分到vlan10，5，6，7，8划分到vlan20，我可以把1，3，4的端口的port id设置为10，而把2端口的 port id设置为20；把5，6，7端口的port id设置为20，而把8端口的port id设置为10.这样的话，vlan10中的1，3，4端口能够和vlan20中8端口相互通信；而vlan10中的2端口能够和vlan20中的5，6，7端口相互通信；虽然vlan id不同，但是port id相同，就能通信，同样vlan id相同，port id不同的端口之间却不能相互访问，比如vlan10中的2端口就不能和1，3，4端口通信。

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三、实验内容

1、绘制拓朴图如下。

设备要求：在按照“够用为度”的原则下，选择两台Cisco交换机（SW1\\SW2）和四台PC（Host1\\Host2\\Host3\\Host4）。同时，将两台交换机的快速以太网接口 fastethernet 0/12 连接 起来。将 Host1 接入交换机 SW1 的 fe 0/1，Host2 接入交换机 SW1 的 fe 0/2， Host3 接入交换机 SW2 的 fe 0/1，Host4 接入交换机 SW2 的 fe 0/2。 对各台设备的接口配置IP地址，具体IP地址配置见图。

2、配置并测试相关的TRUNK信息。 3、配置并测试相关的VTP信息。 4、配置并测试相关的VLAN信息。

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