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跟着尚云学VLAN(六):VLAN间路由
2009-09-02   天极网

 

  VLAN间路由的必要性

  根据目前为止学习的知识,我们已经知道两台计算机即使连接在同一台交换机上,只要所属的VLAN不同就无法直接通信。接下来我们将要学习的就是如何在不同的VLAN间进行路由,使分属不同VLAN的主机能够互相通信。

  首先,先来复习一下为什么不同VLAN间不通过路由就无法通信。在LAN内的通信,必须在数据帧头中指定通信目标的MAC地址。而为了获取MAC地址,TCP/IP协议下使用的是ARP。ARP解析MAC地址的方法,则是通过广播。也就是说,如果广播报文无法到达,那么就无从解析MAC地址,亦即无法直接通信。

  计算机分属不同的VLAN,也就意味着分属不同的广播域,自然收不到彼此的广播报文。因此,属于不同VLAN的计算机之间无法直接互相通信。为了能够在VLAN间通信,需要利用OSI参照模型中更高一层——网络层的信息(IP地址)来进行路由。关于路由的具体内容,以后有机会再详细解说吧。

  路由功能,一般主要由路由器提供。但在今天的局域网里,我们也经常利用带有路由功能的交换机——三层交换机(Layer 3 Switch)来实现。接下来就让我们分别看看使用路由器和三层交换机进行VLAN间路由时的情况。

  使用路由器进行VLAN间路由

  在使用路由器进行VLAN间路由时,与构建横跨多台交换机的VLAN时的情况类似,我们还是会遇到“该如何连接路由器与交换机”这个问题。路由器和交换机的接线方式,大致有以下两种:

  l 将路由器与交换机上的每个VLAN分别连接

  l 不论VLAN有多少个,路由器与交换机都只用一条网线连接

  最容易想到的,当然还是“把路由器和交换机以VLAN为单位分别用网线连接”了。将交换机上用于和路由器互联的每个端口设为访问链接,然后分别用网线与路由器上的独立端口互联。如下图所示,交换机上有2个VLAN,那么就需要在交换机上预留2个端口用于与路由器互联;路由器上同样需要有2个端口;两者之间用2条网线分别连接。

跟着尚云学VLAN(六):VLAN间路由

  如果采用这个办法,大家应该不难想象它的扩展性很成问题。每增加一个新的VLAN,都需要消耗路由器的端口和交换机上的访问链接,而且还需要重新布设一条网线。而路由器,通常不会带有太多LAN接口的。新建VLAN时,为了对应增加的VLAN所需的端口,就必须将路由器升级成带有多个LAN接口的高端产品,这部分成本、还有重新布线所带来的开销,都使得这种接线法成为一种不受欢迎的办法。

  那么,第二种办法“不论VLAN数目多少,都只用一条网线连接路由器与交换机”呢?当使用一条网线连接路由器与交换机、进行VLAN间路由时,需要用到汇聚链接。

  具体实现过程为:首先将用于连接路由器的交换机端口设为汇聚链接,而路由器上的端口也必须支持汇聚链路。双方用于汇聚链路的协议自然也必须相同。接着在路由器上定义对应各个VLAN的“子接口(Sub Interface)”。尽管实际与交换机连接的物理端口只有一个,但在理论上我们可以把它分割为多个虚拟端口。

  VLAN将交换机从逻辑上分割成了多台,因而用于VLAN间路由的路由器,也必须拥有分别对应各个VLAN的虚拟接口。

跟着尚云学VLAN(六):VLAN间路由

  采用这种方法的话,即使之后在交换机上新建VLAN,仍只需要一条网线连接交换机和路由器。用户只需要在路由器上新设一个对应新VLAN的子接口就可以了。与前面的方法相比,扩展性要强得多,也不用担心需要升级LAN接口数不足的路由器或是重新布线。

跟着尚云学VLAN(三):VLAN的访问链接

  由于需要一个个端口地指定,因此当网络中的计算机数目超过一定数字(比如数百台)后,设定操作就会变得烦杂无比。并且,客户机每次变更所连端口,都必须同时更改该端口所属VLAN的设定——这显然不适合那些需要频繁改变拓补结构的网络。

  动态VLAN

  另一方面,动态VLAN则是根据每个端口所连的计算机,随时改变端口所属的VLAN。这就可以避免上述的更改设定之类的操作。动态VLAN可以大致分为3类:

  l 基于MAC地址的VLAN(MAC Based VLAN)

  l 基于子网的VLAN(Subnet Based VLAN)

  l 基于用户的VLAN(User Based VLAN)

  其间的差异,主要在于根据OSI参照模型哪一层的信息决定端口所属的VLAN。

  基于MAC地址的VLAN,就是通过查询并记录端口所连计算机上网卡的MAC地址来决定端口的所属。假定有一个MAC地址“A”被交换机设定为属于VLAN“10”,那么不论MAC地址为“A”的这台计算机连在交换机哪个端口,该端口都会被划分到VLAN10中去。计算机连在端口1时,端口1属于VLAN10;而计算机连在端口2时,则是端口2属于VLAN10。

跟着尚云学VLAN(三):VLAN的访问链接

  由于是基于MAC地址决定所属VLAN的,因此可以理解为这是一种在OSI的第二层设定访问链接的办法。

  但是,基于MAC地址的VLAN,在设定时必须调查所连接的所有计算机的MAC地址并加以登录。而且如果计算机交换了网卡,还是需要更改设定。

  基于子网的VLAN,则是通过所连计算机的IP地址,来决定端口所属VLAN的。不像基于MAC地址的VLAN,即使计算机因为交换了网卡或是其他原因导致MAC地址改变,只要它的IP地址不变,就仍可以加入原先设定的VLAN。

跟着尚云学VLAN(三):VLAN的访问链接

  因此,与基于MAC地址的VLAN相比,能够更为简便地改变网络结构。IP地址是OSI参照模型中第三层的信息,所以我们可以理解为基于子网的VLAN是一种在OSI的第三层设定访问链接的方法。

  基于用户的VLAN,则是根据交换机各端口所连的计算机上当前登录的用户,来决定该端口属于哪个VLAN。这里的用户识别信息,一般是计算机操作系统登录的用户,比如可以是Windows域中使用的用户名。这些用户名信息,属于OSI第四层以上的信息。

  总的来说,决定端口所属VLAN时利用的信息在OSI中的层面越高,就越适于构建灵活多变的网络。

  访问链接的总结

  综上所述,设定访问链接的手法有静态VLAN和动态VLAN两种,其中动态VLAN又可以继续细分成几个小类。

  其中基于子网的VLAN和基于用户的VLAN有可能是网络设备厂商使用独有的协议实现的,不同厂商的设备之间互联有可能出现兼容性问题;因此在选择交换机时,一定要注意事先确认。

  下表总结了静态VLAN和动态VLAN的相关信息。

跟着尚云学VLAN(三):VLAN的访问链接

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