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vlan 间路由

2018-09-09  本文已影响12人  kur0mi

每个 vlan 都是一个单独的子网，单独的广播域。

默认情况下，所有交换接口都处于 vlan 1。可以通过配置添加 vlan，并将一些接口划入该 vlan。

从 PC 发出的是‘纯净’的数据，进入交换接口时被打上 vlan 标签，并重新计算帧校验值（dot1q 协议），如果转发出去的是 access（接入）接口，则转发时会去掉 vlan 标签。如果转发出去的是 trunk（干线）接口，则会带着 vlan 标签转发。与 trunk 接口相连接的也是 trunk 接口，收到数据后读取标签中的 vlan 信息并去除标签，从其他vlan 接口转发出去

vlan 之间默认无法通信，如果要通信需要借助三层设备（路由器，三层交换机等）

以下内容学习自 www.qingsword.com 与 红茶三杯老师的网络课程 http://ccietea.com/

第一种方式 - 依靠三层设备的物理接口进行转发

image.png

先来看一下这张网络拓扑图，一台路由器一个交换机，两台PC

两台 PC 处于不同的子网，网关分别设在 路由器的 两个接口上

交换机划分 vlan，e0/0 和 e3/2 处于 vlan 10， e0/1 和 e3/3 处于 vlan 20

这样就可以通过一台路由器实现两个vlan 间的通信，下边分析一下封包的流向和传递过程

PC-1 ping PC-2 的过程就是 PC-1 向 PC-2 发送一个 icmp 报文，然后 PC-2 收到报文发送一个 Reply 给 PC-1

分析：

  1. PC-1 的网卡 ip 是 192.168.1.1/24，报文要去往 192.168.2.1/24。但是该地址不在自己的子网内，因此 PC-1 需要先把报文发送给自己的网关 192.168.1.254，由网关代为转发。该报文的源地址是 192.168.1.1，目的地址是 192.168.1.254。

  2. 报文不能在链路上传输，二层是不认识ip 的，所以需要进一步封装。也就是把报文封装为二层的数据帧，但是现在还不知道 192.168.1.254 的 mac 地址，因此没有办法发送到 网关 192.168.1.254

  3. 为了得到 192.168.1.254 的 mac 地址，PC-1 发出一个arp 发现报文，源mac 为 MAC-PC1，目的mac 为 ff:ff:ff:ff:ff:ff（广播地址）。

  4. 我们可以通过在 PC1-SW1 抓包抓取到该 arp 报文，报文内数据如下：

image.png

  1. 交换机 SW-1 收到分片，成帧之后发现目的mac 是一个广播地址（ff:ff:ff:ff:ff:ff），于是把帧从所有其他的 vlan 10 端口泛洪出去。在这里，帧从 e3/2 接口出去，到达 e0/0

  2. 路由器 R1 成帧后，发现mac 为广播地址，进行解封装，取出 arp 数据报文，发现目的 ip 地址就是自己。（如果目的ip 地址不是自己，默认丢弃该报文。所以 tcpdump 等抓包软件需要将 网卡/设备置于 混杂模式，才可以抓取任意经过该网卡/设备的报文）

  3. R1 发出一个 arp 回应报文，源 ip 是 192.168.1.254，目的 ip 是 192.168.1.1。封装成帧，源mac 是MAC-R1e00，目的mac 是MAC-PC1。从 e0/0 发回去

  4. 交换机成帧后拿到目的mac MAC-PC1，查找 mac 地址转换表，将帧从 e0/0 转发出去

  5. 由于交换机是透传的（怎么进来的还怎么出去），我们同样在 PC1-SW1 链路上抓取到arp 回应报文，数据如下：

image.png

  1. PC-1 成帧后，发现目的mac 是自己。进一步解封装，目的ip 是自己，于是进行处理，知道了 192.168.1.254 的 mac 地址 MAC-R1e00。

  2. 然后 PC-1 就可以发出icmp 报文（ping 在底层是icmp 报文），源ip 192.168.1.1，目的ip 192.168.2.1（PC-2），源mac MAC-PC1，目的mac MAC-R1e00。

  3. 交换机查询mac 地址转换表，从 e3/2 转发出去，报文到达 R1

  4. R1 发现 目的mac 是自己，解封装。取出目的 ip 192.168.2.1

  5. 因为 R1 的 e0/1 接口直接连接到 192.168.2.0/24 子网，因此路由器可以直接学习到去往该子网的路由

  6. 通过查询路由表，从 e0/1 转发出去，源mac 替换为自己的mac MAC-R1e01（如果不替换，回包将无法收到），目的mac 为 192.168.2.1（PC-2） 的 mac 地址，该地址通过向 192.168.2.0/254 子网发出 arp 报文广播得到

  7. 交换机把数据 从除了 e3/3 之外的所有 vlan 20 接口泛洪出去

  8. 帧通过 e0/1 接口出去到达 e0

  9. PC-2 发现目的 是自己，收到报文，并发出 reply 的回应报文

配置如下

# PC-1

ip 192.168.1.1/24 192.168.1.254

# PC-2

ip 192.168.2.1/24 192.168.2.254

# SW-1

vlan 10

    name vlan10

    vlan 20

    name vlan20

    exit

int e 0/0

    switchport mode access

    switchport access vlan 10

    int e 0/1

    switchport mode access

    switchport access vlan 20

    int e 3/2

    switchport mode access

    switchport access vlan 10

    int e 3/3

    switchport mode access

    switchport access vlan 20

    end

show vlan brief

# R1

int e0/0

ip addr 192.168.1.254 255.255.255.0 

no shut 

int e0/1 

    ip addr 192.168.2.254 255.255.255.0

    no shut

end 

show ip interface brief

上述方式虽然简便，但是却使用了路由器的两个接口。路由器的接口通常很少很宝贵，造成了极大的浪费

下面的方式只需要使用路由器的一个接口就可以解决问题

第二种方式 - 单臂路由

image.png

这里将路由器 R1 的 e0/0 配置两个 子接口，分别作为 PC-1 和 PC-2 的网关

路由器与交换机之间的链路 配置为 干线（trunk），运行 dot1q 协议

配置如下：

# PC配置（PC-1）

ip 192.168.1.1/24 192.168.1.254 

# PC-2

ip 192.168.2.1/24 192.168.2.254

# 交换机配置(SW-1)

vlan 10

    name vlan10

    vlan 20

    name vlan20

    exit

int e0/1

swi mod acc 

swi acc vlan 10 

int e0/2 

swi mod acc 

swi acc vlan 20 

int e0/0 

swi trunk enc dot1q 

swi mod trunk 

swi trunk  allow vlan all 

end 

show vlan brief

# R1 配置 子接口

int e0/0

    no shut

    int e0/0.10

    enc dot1q 10

    ip addr 192.168.1.254 255.255.255.0

    no shut

    int e0/0.20

    enc dot1q 20

    ip addr 192.168.2.254 255.255.255.0

    no shut

    end

show ip interface brief

路由器的转发处理过程是很复杂的，上边的方法每次通信都需要经过 解除tag，路由，贴上tag 一系列过程，并且会对路由器与交换机之间的链路造成很大的负荷

下边的方法利用 交换机的 SVI 接口 来实现更优的解决方案

第三种方式 - 三层交换机

待续...

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