VLAN分配以及二层环路的解决办法（快来看看吧）

今天我们来看一看VLAN的规划以及在各个场景内的应用。

VLAN的规划：

• VLAN分配原则
  • 按业务规划：可分为语音、视频和数据。
  • 按部门规划：可分为工程部、市场部、财经部等。
  • 按应用规划：可分为服务器、办公、教室等。

• VLAN分配技巧
  • VLAN ID的分配在有效范围内，可以随意分配和选取，但是为了提高VLAN ID的连续性，可以采用VLAN ID和子网关联的方式进行分配。

• VLAN规划示例
  • 假设某园区有三栋楼，分别为行政楼、教学楼、办公楼；每栋楼各有1台接入交换机，核心交换机在行政楼；行政楼内有办公室、财务部和教室；办公楼内有办公室和财务部；教学楼内有办公室和教室。
  • VLAN规划如下：

• VLAN编号建议连续分配，以保证VLAN资源合理利用。最常用的划分方式是基于接口的方式。

基于接口的VLAN划分

• 应用场景：
  • 某商务楼内有多家公司，为了降低成本，多家公司共用网络资源，各公司分别连接到一台二层交换机的不同接口，并通过统一的出口访问Internet。

• VLAN划分：
  • 为了保证各公司业务的独立和安全，可将每个公司所连接的接口划分到不同的VLAN，实现公司间业务数据的完全隔离。可以认为每个公司拥有独立的网络，每个VLAN就是一个“虚拟工作组”。

基于MAC的VLAN划分

• 应用场景：
  • 某个公司的网络中，网络管理者将同一部门的员工划分到同一VLAN。为了提高部门内的信息安全，要求只有本部门员工的主机才可以访问特定网络资源。
• VLAN划分：
  • 为了保证非本部门员工不能访问网络资源，可在SW1上配置基于MAC地址划分VLAN。这样，新的主机接入网络，就无法访问公司的网络资源。

技术背景：二层交换机网络的冗余性与环路

• 随着局域网规模的不断扩大，越来越多的交换机被用来实现主机之间的互连。如图，接入层交换机单链路上联，则存在单链路故障，也就是如果这根上联链路发生故障，交换机下联用户就断网了。另一个问题的单点故障，也就是交换机如果宕机，交换机下联用户也就断网了。
• 为了解决此类问题，交换机在互连时一般都会使用冗余链路来实现备份。冗余链路虽然增强了网络的可靠性，但是也会产生环路，而环路会带来一系列的问题，继而导致通信质量下降和通信业务中断等问题。
• 在现实中，除了冗余链路会引起环路，还有一些人为错误导致的环路。

二层环路带来的问题

• 问题一：广播风暴
  • 根据交换机的转发原则，如果交换机从一个端口上接收到的是一个广播帧，或者是一个目的MAC地址未知的单播帧，则会将这个帧向除源端口之外的所有其他端口转发。如果交换网络中有环路，则这个帧会被无限转发，此时便会形成广播风暴，网络中也会充斥着重复的数据帧。
  • 本例中，SW3收到了一个广播帧将其进行泛洪，SW1和SW2也会将此帧转发到除了接收此帧的其他所有端口，结果此帧又会被再次转发给SW3，这种循环会一直持续，于是便产生了广播风暴。交换机性能会因此急速下降，并会导致业务中断。
• 问题二：MAC地址表漂移
  • 交换机是根据所接收到的数据帧的源地址和接收端口生成MAC地址表项的。
  • 本例中，SW3收到一个广播帧泛洪，SW1从GE0/0/1接口接收到广播帧后学习且泛洪，形成MAC地址5489-98EE-788A与GE0/0/1的映射；SW2收到广播帧后学习且泛洪，SW1再次从GE0/0/2收到源MAC地址为5489-98EE-788A的广播帧并进行学习，5489-98EE-788A会不断地在GE0/0/1与GE0/0/2接口之间来回切换，这被称为MAC地址漂移现象。

初识生成树协议

在网络中部署生成树后，交换机之间会进行生成树协议报文的交互并进行无环拓扑计算，最终将网络中的某个（或某些）接口进行阻塞（Block），从而打破环路。

• 在以太网中，二层网络的环路会带来广播风暴，MAC地址表震荡，重复数据帧等问题，为解决交换网络中的环路问题，提出了STP。
• STP通过构造一棵树来消除交换网络中的环路。
• 运行STP算法，判断网络中存在环路的地方并阻断冗余链路，将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免了数据帧在环路网络中的增生和无穷循环。