HCIA-Datacom 实现VLAN间通信

• 传统交换二层组网中，默认所有网络都处于同一广播域，这带来了诸多问题。VLAN技术的提出，满足了二层组网隔离广播域需求，使得属于不同VLAN的网络无法访问，但不同VLAN之间又存在着相互访问的需求

技术背景

VLAN间通信

• 实际网络部署中一般会将不同IP地址段划分到不同的VLAN
• 同VLAN且同网段的PC之间可直接进行通信，无需借助三层转发设备，该通信方式被称为二层通信
• VLAN之间需要通过三层通信实现互访，三层通信需要借助三层设备（路由器、三层交换机）。
• 常见的三层设备：路由器、三层交换机、防火墙等
• 将二层交换机与路由器的三层接口互联，由三层设备进行路由转发实现通信

使用路由器（物理接口、子接口）实现VLAN间通信

使用路由器物理接口

• 路由器三层接口作为网关，转发本网段前往其他网段的流量
• 路由器三层接口无法处理携带VLAN Tag的数据帧，因此交换机上联路由器的接口需配置为Access
• 路由器的一个物理接口作为一个VLAN网关，因此存在一个VLAN就需要占用一个路由器物理接口
• 路由器作为三层转发设备其接口数量较少，方案的可扩展性较差

使用路由器子接口

• 子接口是基于路由器以太网接口所创建的逻辑接口，以物理接口ID+子接口ID进行标识，子接口同物理接口一样可进行三层转发
• 子接口不同于物理接口，可以终结携带VLAN Tag的数据帧
• 基于一个物理接口创建多个子接口，将该物理接口对接到交换机Trunk接口，即可实现使用一个物理接口为多个VLAN提供三层转发服务

子接口处理流程

• 交换机链接路由器的接口类型配置为Trunk，根据报文的VLAN Tag不同，路由器将收到报文交由对应的子接口处理

使用VLANIF技术实现VLAN间通信

三层交换机和VLANIF接口

• 配置条件

  • 有该VLAN
  • 有接口属于该VLAN（Access、Trunk）
  • 转发状态

• 二层交换机指的是只具备二层交换功能的交换机

• 三层交换机除了具备二层交换机的功能，还支持通过三层接口（如VLANIF）实现路由转发功能

• VLANIF接口是一种三层的逻辑接口，支持VLAN Tag的剥离和添加，因此可以通过VLANIF接口实现VLAN之间的通信

• VLANIF接口编号与所对应的VLAN ID相同，如VLAN 10对应VLANIF 10

VLANIF转发流程

• 假设PC、三层交换机上都已存在相应的ARP或MAC表项
• PC1或PC2之间通信过程如下
  • PC1通过本地IP地址、本地掩码、对端IP地址进行计算，发现目的设备PC2与自身不在同一个网段，判断该通信为三层通信，将去往PC2的流量发送给网关。PC1发送的数据帧：源MAC=MAC1，目的MAC=MAC2。
  • 交换机收到PC1发送的去往PC2的报文，解封装发现目的MAC为VLANIF10接口的MAC地址所以将报文交给路由模块继续处理。
  • 路由模块解析发现目的IP为192.168.20.2，非本地接口存在的IP地址，因此需要对该报文三层转发。查找路由表后，匹配中VLANIF20产生的直连路由。
  • 因为匹配的为直连路由，说明已经到达最后一跳，所以交换机在ARP表中查找192.168.20.2，获取192.168.20.2的MAC地址，交由交换模块重新封装为数据帧
  • 交换模块查找MAC地址表以明确报文出接口、是否需要携带VLAN Tag。最终交换模块发送的数据帧：源MAC=MAC2，目的MAC=MAC3，VLAN Tag=None

三层通信过程解析

• 网络拓扑