VLAN(虚拟局域网)

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【什么是VLAN】

　　VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名为"虚拟局域网"。VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，但主流应用还是在交换机之中。但又不是所有交换机都具有此功能，只有VLAN协议的第三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的说明书即可得知。 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技术的出现，使得管理员根据实际应用需求，把同一物理局域网内的不同用户逻辑地划分成不同的广播域，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。由于它是从逻辑上划分，而不是从物理上划分，所以同一个VLAN内的各个工作站没有限制在同一个物理范围中，即这些工作站可以在不同物理LAN网段。由VLAN的特点可知，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。

　　交换技术的发展，也加快了新的交换技术（VLAN）的应用速度。通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址（MAC地址）组成的虚拟网段。这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组的管理功能。在同一个VLAN中的工作站，不论它们实际与哪个交换机连接，它们之间的通讯就好象在独立的交换机上一样。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到，而不会传输到其他的 VLAN中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时，若没有路由的话，不同VLAN之间不能相互通讯，这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访。交换机是根据用户工作站的MAC地址来划分VLAN的。所以，用户可以自由的在企业网络中移动办公，不论他在何处接入交换网络，他都可以与VLAN内其他用户自如通讯。

　　VLAN网络可以是有混合的网络类型设备组成，比如：10M以太网、100M以太网、令牌网、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服务器、集线器、网络上行主干等等。

　　VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同部门、不同站点之间的互相访问。 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，限制不同工作组间的用户互访，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限制广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。

　　

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【VLAN的目的】

　　VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）技术的出现，主要为了解决交换机在进行局域网互连时无法限制广播的问题。这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LAN——VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播报文被限制在一个VLAN内。

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【VLAN的优点】

　　1. 限制网络上的广播。VLAN可以提供建立防火墙的机制，防止交换网络的过量广播。使用VLAN，可以将某个交换端口或用户赋于某一个特定的VLAN组，该VLAN组可以在一个交换网中或跨接多个交换机， 在一个VLAN中的广播不会送到VLAN之外。同样，相邻的端口不会收到其他VLAN产生的广 播。这样可以减少广播流量，释放带宽给用户应用，减少广播的产生。

　　2. 增强局域网的安全性。不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信，如果不同VLAN要进行通信，则需要通过路由器或三层交换机等三层设备。

　　3. 增加了网络连接的灵活性。借助VLAN技术，能将不同地点、不同网络、不同用户组合在一起，形成一个虚拟的网络环境 ，就像使用本地LAN一样方便、灵活、有效。VLAN可以降低移动或变更工作站地理位置的管 理费用，特别是一些业务情况有经常性变动的公司使用了VLAN后，这部分管理费用大大降低。

　　VLAN是在数据链路层的，划分子网是在网络层的，所以不同子网之间的VLAN即使是同名也不可以相互通信。

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【组建VLAN的条件】

　　VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，因此建立VLAN需要相应的支持VLAN技术的网络设备。当网络中的不同VLAN间进行相互通信时，需要路由的支持，这时就需要增加路由设备——要实现路由功能，既可采用路由器，也可采用三层交换机来完成。同时还严格限制了用户数量.

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【VLAN的划分】

　　

　　1.根据端口来划分VLAN

　　许多VLAN厂商都利用交换机的端口来划分VLAN成员。被设定的端口都在同一个广播域中。例如，一个交换机的1，2，3，4，5端口被定义为虚拟网AAA，同一交换机的6，7，8端口组成虚拟网BBB。这样做允许各端口之间的通讯，并允许共享型网络的升级。但是，这种划分模式将虚拟网限制在了一台交换机上。

　　第二代端口VLAN技术允许跨越多个交换机的多个不同端口划分VLAN，不同交换机上的若干个端口可以组成同一个虚拟网。

　　以交换机端口来划分网络成员，其配置过程简单明了。因此，从目前来看，这种根据端口来划分VLAN的方式仍然是最常用的一种方式。

　　2.根据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地址的主机都配置它属于哪个组。这种划分VLAN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，这样就无法限制广播包了。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就必须不停地配置。

　　3.根据网络层划分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。

　　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帧头，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。

　　5.基于规则的VLAN

　　也称为基于策略的VLAN。这是最灵活的VLAN划分方法，具有自动配置的能力，能够把相关的用户连成一体，在逻辑划分上称为“关系网络”。网络管理员只需在网管软件中确定划分VLAN的规则（或属性），那么当一个站点加入网络中时，将会被“感知”，并被自己地包含进正确的VLAN中。同时，对站点的移动和改变也可自动识别和跟踪。

　　采用这种方法，整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。有的产品还支持一个端口上的主机分别属于不同的VLAN，这在交换机与共享式Hub共存的环境中显得尤为重要。自动配置VLAN时，交换机中软件自动检查进入交换机端口的广播信息的IP源地址，然后软件自动将这个端口分配给一个由IP子网映射成的VLAN。

　　6. 按用户定义、非用户授权划分VLAN

　　基于用户定义、非用户授权来划分VLAN，是指为了适应特别的VLAN网络，根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN，而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN，但是需要提供用户密码，在得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。

　　* 以上划分VLAN的方式中，基于端口的VLAN端口方式建立在物理层上；MAC方式建立在数据链路层上；网络层和IP广播方式建立在第三层上。

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【VLAN的标准】

　　对VLAN的标准，我们只是介绍两种比较通用的标准，当然也有一些公司具有自己的标准，比如Cisco公司的ISL标准，虽然不是一种大众化的标准，但是由于Cisco Catalyst交换机的大量使用，ISL也成为一种不是标准的标准了。

　　· 802.10VLAN标准

　　在1995年，Cisco公司提倡使用IEEE802.10协议。在此之前，IEEE802.10曾经在全球范围内作为VLAN安全性的同一规范。Cisco公司试图采用优化后的802.10帧格式在网络上传输FramTagging模式中所必须的VLAN标签。然而，大多数802委员会的成员都反对推广802.10。因为，该协议是基于FrameTagging方式的。

　　· 802.1Q

　　在1996年3月，IEEE802.1Internetworking委员会结束了对VLAN初期标准的修订工作。新出台的标准进一步完善了VLAN的体系结构，统一了Fram-eTagging方式中不同厂商的标签格式，并制定了VLAN标准在未来一段时间内的发展方向，形成的802.1Q的标准在业界获得了广泛的推广。它成为VLAN史上的一块里程碑。802.1Q的出现打破了虚拟网依赖于单一厂商的僵局，从一个侧面推动了VLAN的迅速发展。另外，来自市场的压力使各大网络厂商立刻将新标准融合到他们各自的产品中。

　　· Cisco ISL 标签

　　ISL（Inter-Switch Link)是Cisco公司的专有封装方式，因此只能在Cisco的设备上支持。ISL是一个在交换机之间、交换机与路由器之间及交换机与服务器之间传递多个VLAN信息及VLAN数据流的协议，通过在交换机直接的端口配置ISL封装，即可跨越交换机进行整个网络的VLAN分配和配置。

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【划分VLAN的基本策略】

　　从技术角度讲，VLAN的划分可依据不同原则，一般有以下三种划分方法：

　　1、基于端口的VLAN划分

　　这种划分是把一个或多个交换机上的几个端口划分一个逻辑组，这是最简单、最有效的划分方法。该方法只需网络管理员对网络设备的交换端口进行重新分配即可，不用考虑该端口所连接的设备。

　　2、基于MAC地址的VLAN划分

　　MAC地址其实就是指网卡的标识符，每一块网卡的MAC地址都是惟一且固化在网卡上的。MAC地址由12位16进制数表示，前6位为网卡的厂商标识（OUI），后6位为网卡标识（NIC）。网络管理员可按MAC地址把一些站点划分为一个逻辑子网。

　　3、基于路由的VLAN划分

　　路由协议工作在网络层，相应的工作设备有路由器和路由交换机（即三层交换机）。该方式允许一个VLAN跨越多个交换机，或一个端口位于多个VLAN中。

　　就目前来说，对于VLAN的划分主要采取上述第1、3种方式，第2种方式为辅助性的方案。

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【VLAN技术简单谈】

　　局域网的发展是VLAN产生的基础，所以在介绍VLAN之前，我们先来了解一下局域网的有关知识。

　　局域网（LAN）通常是一个单独的广播域，主要由Hub、网桥或交换机等网络设备连接同一网段内的所有节点形成。处于

同一个局域网之内的网络节点之间可以直接通信，而处于不同局域网段的设备之间的通信则必须经过路由器才能通信。图1所示即为使用路由器构建的典型的局域网环境。

　　随着网络的不断扩展，接入设备逐渐增多，网络结构也日趋复杂，必须使用更多的路由器才能将不同的用户划分到各自的广播域中，在不同的局域网之间提供网络互联。

　　但这样做存在两个缺陷：

　　首先，随着网络中路由器数量的增多，网络延时逐渐加长，从而导致网络数据传输速度的下降。这主要是因为数据在从一个局域网传递到另一个局域网时，必须经过路由器的路由操作: 路由器根据数据包中的相应信息确定数据包的目标地址，然后再选择合适的路径转发出去。

　　其次，用户是按照它们的物理连接被自然地划分到不同的用户组（广播域）中。这种分割方式并不是根据工作组中所有用户的共同需要和带宽的需求来进行的。因此，尽管不同的工作组或部门对带宽的需求有很大的差异，但它们却被机械地划分到同一个广播域中争用相同的带宽。

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【VLAN的定义及特点】

　　虚拟局域网VLAN是一组逻辑上的设备和用户，这些设备和用户并不受物理网段的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，由此得名虚拟局域网。VLAN是一种比较新的技术，工作在OSI参考模型的第2层和第3层，一个VLAN就是一个广播域，VLAN之间的通信是通过第3层的路由器来完成的。与传统的局域网技术相比较，VLAN技术更加灵活，它具有以下优点：

　　● 网络设备的移动、添加和修改的管理开销减少;

　　● 可以控制广播活动;

　　● 可提高网络的安全性。

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【VLAN的分类及优缺点】

　　定义VLAN成员的方法有很多，由此也就分成了几种不同类型的VLAN。

　　　1. 基于端口的VLAN

　　基于端口的VLAN的划分是最简单、有效的VLAN划分方法，它按照局域网交换机端口来定义VLAN成员。VLAN从逻辑上把局域网交换机的端口划分开来，从而把终端系统划分为不同的部分，各部分相对独立，在功能上模拟了传统的局域网。基于端口的VLAN又分为在单交换机端口和多交换机端口定义VLAN两种情况：

 

　　(1) 多交换机端口定义VLAN

　　如图3所示，交换机1的1、2、3端口和交换机2的4、5、6端口组成VLAN1，交换机1的4、5、6、7、8端口和交换机2的1、2、3、7、8端口组成VLAN2。

　　　(2) 单交换机端口定义VLAN

 

　　如图2所示，交换机的1、2、6、7、8端口组成VLAN1，3、4、5端口组成了VLAN2。这种VLAN只支持一个交换机。

　　基于端口的VLAN的划分简单、有效，但其缺点是当用户从一个端口移动到另一个端口时，网络管理员必须对VLAN成员进行重新配置。

　　　2. 基于MAC地址的VLAN

　　基于MAC地址的VLAN是用终端系统的MAC地址定义的VLAN。MAC地址其实就是指网卡的标识符，每一块网卡的MAC地址都是惟一的。这种方法允许工作站移动到网络的其他物理网段，而自动保持原来的VLAN成员资格。在网络规模较小时，该方案可以说是一个好的方法，但随着网络规模的扩大，网络设备、用户的增加，则会在很大程度上加大管理的难度。

　　　3. 基于路由的VLAN

　　路由协议工作在7层协议的第3层—网络层，比如基于IP和IPX的路由协议，^[2]这类设备包括路由器和路由交换机。该方式允许一个VLAN跨越多个交换机，或一个端口位于多个VLAN中。在按IP划分的VLAN中，很容易实现路由，即将交换功能和路由功能融合在VLAN交换机中。这种方式既达到了作为VLAN控制广播风暴的最基本目的，又不需要外接路由器。但这种方式对VLAN成员之间的通信速度不是很理想。

　　　4. 基于策略的VLAN

　　基于策略的VLAN的划分是一种比较有效而直接的方式，主要取决于在VLAN的划分中所采用的策略。

　　

常见的应用VLAN

　　Port vlan与Tag vlan

　　port vlan 基于端口的VLAN，处于同一VLAN端口之间才能相互通信。

　　tag vlan 基于IEEE 802.1Q（vlan标准），用VID（vlan id）来划分不同的VLAN

　　基于端口的虚拟局域网的优缺点

　　基于端口的VLAN，简单的讲就是交换机的一个端口就是一个虚拟局域网，凡是连接在这个端口上的主机属于同个虚拟局域网之中。基于端口的VLAN的优点为： 由于一个端口就是一个独立的局域网。所以，当数据在网络中传输的时候，交换机就不会把数据包转发给其他的端口，如果用户需要将数据发送到其他的虚拟局域网中，就需要先由交换机发往路由器再由路由器发往其他端口；同时以端口为中心的VLAN中完全由用户自由支配端口，无形之中就更利于管理。但是美中不足的是以端口为中心的VLAN，当用户位置改变时，往往也伴随着用户位置的改变而对网线也要进行迁移。如果不会经常移动客户机的话，采用这一方式倒也不错。

　　静态虚拟局域网的优缺点

　　可以说静态VLAN与基于端口的VLAN有一丝相似之处，用户可在交换机上让一个或多个交换机端口形成一个略大一些的虚拟局域网。从一定意义上讲静态虚拟局域网在某些程度上弥补了基于端口的虚拟局域网的缺点。缺陷方面，静态VLAN虽说是可以使多个端口的设置成一个虚拟局域网，假如两个不同端口、不同虚拟局域网的人员聚到一起协商一些事情，这时候问题就出现了，因为端口及虚拟局域网的不一致往往就会直接导致某一个虚拟局域网的人员就不能正常的访问他原先所在的VLAN之中（静态虚拟局域网的端口在同一时间只能属于同一个虚拟局域网），这样就需要网络管理人员随时配合及时修改该线路上的端口。

　　动态的虚拟局域网的优缺点

　　与上面两种虚拟局域网的组成方式相比动态的虚拟局域网的优点真的是太多了。首先它适用于当前的无线局域网技术，其次，当用户有需要时对工作基点进行移动时完全不用担心在静态虚拟局域网与基于端口的虚拟局域网出现的一些问题在动态的虚拟局域网中出现，因为动态的虚拟局域网在建立初期已经由网络管理员将整个网络中的所有MAC地址全部输入到了路由器之中，同时如何由路由器通过MAC地址来自动区分每一台电脑属于那一个虚拟局域网，之后将这台电脑连接到对应的虚拟局域网之中。说起缺点，动态的虚拟局域网的缺点跟本谈不上缺点，只是在VLAN建立初期，网络管理人员需将所有机器的MAC进行登记之后划分出MAC所对应的机器的不同权限（虚拟局域网）即可。

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【VLAN发展趋势】

　　目前在宽带网络中实现的VLAN基本上能满足广大网络用户的需求，但其网络性能、网络流量控制、网络通信优先级控制等还有待提高。前面所提到的VTP技术、STP技术，基于三层交换的VLAN技术等在VLAN使用中存在网络效率的瓶颈问题，这主要是IEEE802.1Q、IEEE802.1D协议的不完善所致，IEEE正在制定和完善IEEE802.1S（Multiple Spanning Trees）和IEEE802.1W（Rapid Reconfiguration of Spanning Tree）来改善VLAN的性能。采用IEEE802.3z和IEEE802.3ab协议，并结合使用RISC（精简指令集计算）处理器或者网络处理器而研制的吉位VLAN交换机在网络流量等方面采取了相应的措施，大大提高了VLAN网络的性能。IEEE802.1P协议提出了COS（Class of Service）标准，这使网络通信优先级控制机制有了参考。

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【VLAN的基本配置命令】

　　1、 创建vlan方法一
　　switch#vlan database
　　switch(vlan)#vlan 10 name mahaobin
　　switch(vlan)#exit
　　2、 创建vlan方法二
　　switch(config)#vlan 10
　　switch(config-vlan)#name mahaobin
　　3、 删除vlan方法一
　　switch(vlan)#no vlan 10
　　switch(vlan)#exit
　　4、 删除vlan方法二
　　switch(config)#no vlan 10
　　5、 删除vlan方法三
　　switch#delete vlan.dat
　　6、 将端口加入到vlan中
　　switch(config-if)#switchport access vlan 10
　　7、 将一组连续的端口加入到vlan中
　　switch(config)# interface range f0/1 – 5
　　switch(config-if-range)#switchport access vlan 10
　　8、 将端口从vlan中删除
　　switch(config-if)#no switchport access vlan 10
　　switch(config-if)#switchport access vlan 1
　　switch(config-if-range)#no switchport access vlan 10
　　switch(config-if-range)#switchport access vlan 1
　　9、 查看所有vlan的摘要信息
　　switch#show vlan brief
　　10、 查看指定vlan的信息
　　switch#show vlan id 10
　　11、 指定端口成为trunk
　　switch(config-if)#switchport mode trunk
　　12、 Trunk的自动协商
　　switch(config-if)#switchport mode dynamic desirable
　　switch(config-if)#switchport mode dynamic auto
　　注意：如果中继链路两端都设置成auto将不能成为trunk
　　13、 查看端口状态
　　switch#show interface f0/2 switchport
　　14、 在trunk上移出vlan
　　switch(config-if)#switchport trunk allowed vlan remove 20
　　15、 在trunk上添加vlan
　　switch(config-if)#switchport trunk allowed vlan add 20

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【公司内部进行VLAN的划分实例】 　　

　　对于每个公司而言都有自己不同的需求，下面我们给出一个典型的公司的VLAN的实例，这样也可以成为我们以后为公司划分VLAN的依据。

　　某公司现在有工程部、销售部、财务部。VLAN的划分：工程部VLAN10，销售部VLAN20，财务部VLAN30，并且各部门还可以相互通讯。现有设备如下:Cisco 3640路由器，Cisco Catalyst 2924交换机一台，二级交换机若干台。

　　交换机配置文件中的部分代码如下：

　　......

　　!

　　interface vlan10

　　ip address 192.168.0.1

　　!

　　interface vlan20

　　ip address 192.168.1.1

　　!

　　interface vlan30

　　ip address 192.168.2.1

　　!

　　......

　　路由器配置文件中的部分代码如下：

　　......

　　interface FastEthernet 1/0.1

　　encapsulation isl 10

　　ip address 192.168.0.2

　　!

　　interface FastEthernet 1/0.2

　　encapsulation isl 20

　　ip address 192.168.1.2

　　!

　　interface FastEthernet 1/0.3

　　encapsulation isl 30

　　ip address 192.168.2.2

　　!

　　......

　　!

　　router rip

　　network 192.168.0.0

　　!

　　【交换机的端口工作模式的利用】

　　交换机的端口工作模式通常可以分为三种,它们分别为Access模式、Multi模式、Trunk模式。允许多个vlan的是multi模式，而不是trunk模式。Access模式的交换端口往往只能属于1个VLAN，通常用于连接普通计算机的端口；Trunk模式的交换端口可以属于多个VLAN，能够发送和接受多个VLAN的数据报文，通常使用在交换机之间的级联端口上；multi模式的交换端口可以属于多个VLAN，能够发送和接受多个VLAN的数据报文，可以用于交换机之间的连接，也可以用于连接普通计算机的端口，所以access和trunk没有可比性。三种模式的交换端口能够共同使用在相同的一台交换机中，不过Trunk模式的交换端口和multi模式的交换端口相互之间不能直接切换，往往只能先将交换端口设置为Access模式，之后再设置为其他模式。