学习日记Day18:VLAN间通信原理和配置

一、技术背景。

        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，三层通信需借助三层设备。如：路由器、三层交换机、防火墙等。

二、使用路由器物理接口。

1.基础概念。

                     
        路由器三层接口作为网关，转发本网段前往其它网段的流量。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的网关，因此存在一个VLAN就需要占用一个路由器物理接口。

2.数据帧转发过程。

        假设PC1的网关是GW10,PC2的网关是GW20，交换机的MAC地址表拥有全网的MAC地址，PC主机的ARP缓存也有着网关的映射关系。
        现在PC1要和PC2通信，首先PC1发给S1的GE0/0/3接口数据帧的是这样的DMAC:GW10 SMAC:PC1 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，S1的GE0/0/3接口在收到这个数据帧后会打上一个VLAN 10的TAG，数据帧会变成这样DMAC:GW10 SMAC:PC1 TAG:10 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，然后交换机又会将这个数据帧从它的GE0/0/1上剥离TAG之后发送出去，数据帧又变成了DMAC:GW10 SMAC:PC1 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1,最后发送给R1的GE0/0/0接口也就是PC1的网关。
        在接收到这个数据帧之后R1的GE0/0/0接口会将这个数据帧层层剥开解封装，最后发现DIP不是自己，接着他会查找R1的路由表发现去往192.168.20.2的路由对应的出接口是GE0/0/1，然后将数据帧重新封装成DMAC:PC2 SMAC:GW20 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1从接口G0/0/1发送出去。
        交换机的GE0/0/2接口在收到这个数据帧后又会打上一个VLAN 20的TAG，数据帧会变成这样DMAC:GW10 SMAC:PC1 TAG:20 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，然后交换机的GE0/0/4接口又会将这个数据帧剥离TAG之后发送给PC2，到此通信完成。

3.配置。

S1配置：
#
vlan batch 10 20
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 20
#
interface GigabitEthernet0/0/3
 port link-type access
 port default vlan 10
#
interface GigabitEthernet0/0/4
 port link-type access
 port default vlan 20
 
 R1配置：
 #
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 192.168.10.254 255.255.255.0 
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 192.168.20.254 255.255.255.0 

三、使用路由器子接口（单臂路由）。

1.基础概念。

                     
        子接口（Sub-Interface）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的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。
        R2使用一个物理接口（GE0/0/1）与交换机SW2对接，并基于该物理接口创建两个子接口：GE0/0/1.10及GE0/0/1.20，分别使用这两个子接口作为VLAN 10及VLAN 20的默认网关。由于三层子接口不支持VLAN报文，当它收到VLAN报文时，会将VLAN报文当成是非法报文而丢弃。因此，需要在子接口上将VLAN Tag剥掉，也就是需要VLAN终结（VLAN Termination）。

2.数据帧转发过程。

        假设PC3的网关是GW10,PC4的网关是GW20，交换机的MAC地址表拥有全网的MAC地址，PC主机的ARP缓存也有着网关的映射关系。
        现在PC3要和PC4通信，首先PC3发给S1的GE0/0/3接口数据帧的是这样的DMAC:GW10 SMAC:PC3 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，S1的GE0/0/2接口在收到这个数据帧后会打上一个VLAN 10的TAG，数据帧会变成这样DMAC:GW10 SMAC:PC3 TAG:10 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，然后交换机的GE0/0/1接口不会对数据帧做任何处理，发送给R1。
        在接收到这个数据帧之后R1会根据TAG将数据帧发送给GE0/0/0.10来处理，R1的GE0/0/0.10接口会将这个数据帧层层解封装，最后发现DIP不是自己，接着它会查找R1的路由表发现去往192.168.20.2的路由对应的出接口是GE0/0/0.20，然后将数据帧重新封装成DMAC:PC4 SMAC:GW20 TAG:20 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1从接口G0/0/1发送出去。
        交换机在收到这个数据帧后，会根据数据帧的TAG将它发送给G0/0/3处理，最后GE0/0/3接口会剥离TAG将他发送给PC4，到此通信完成。
        另外还有一点路由器虽然会给子接口分配一个相同的MAC地址，但是因为两个子接口属于不同的VLAN，在交换机的MAC地址表中依然会将他们两个区分开来，如下图。

3.配置。

S2的配置：
#
vlan batch 10 20
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type trunk
 port trunk allow-pass vlan 10 20
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 10
#
interface GigabitEthernet0/0/3
 port link-type access
 port default vlan 20
 
R2配置：
#
interface GigabitEthernet0/0/0.10
 dot1q termination vid 10  //用来配置子接口Dot1q终结的单层VLAN ID
 ip address 192.168.10.254 255.255.255.0 
 arp broadcast enable     //子接口上开启ARP广播
#
interface GigabitEthernet0/0/0.20
 dot1q termination vid 20
 ip address 192.168.20.254 255.255.255.0 
 arp broadcast enable

四、VLANIF技术实现。

1.基础概念。

• 二层交换机（Layer 2 Switch）指的是只具备二层交换功能的交换机。
• 三层交换机（Layer 3 Switch）除了具备二层交换机的功能，还支持通过三层接口（如VLANIF接口）实现路由转发功能。
• VLANIF接口是一种三层的逻辑接口，可以配置IP，可以运行路由协议，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。

2.数据帧转发过程。

        PC3的网关是VLANIF10,PC4的网关是VLANIF20，交换机的MAC地址表拥有全网的MAC地址，PC主机的ARP缓存也有着网关的映射关系。
        现在PC6要和PC7通信，首先PC6发给S3的GE0/0/1接口数据帧的是这样的DMAC:VLANIF10 SMAC:PC6 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，S3的GE0/0/1接口在收到这个数据帧后会打上一个VLAN 10的TAG，数据帧会变成这样DMAC:VLANIF10 SMAC:PC6 TAG:10 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1，然后交换机发现DMAC是VLANIF10的MAC，会对数据帧解封装，发现DIP不是给自己的，然后查找路由表，发现相应路由的出接口是VLANIF20。
        然后将数据帧封装成DMAC:PC7 SMAC:VLANIF20 TAG:20 DIP:192.168.20.2 SIP:192.168.10.1。接着交换机进行MAC地址表的查询，发现DMAC对应的出接口是G0/0/2，最后由G0/0/2将TAG剥离之后发送给PC7，到此通信完成。

3.配置。

S4配置：
#
vlan batch 10 20
#
interface Vlanif10
 ip address 192.168.10.254 255.255.255.0
#
interface Vlanif20
 ip address 192.168.20.254 255.255.255.0
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 port link-type access
 port default vlan 10
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 port link-type access
 port default vlan 20