淺談VLAN間路由的方式及工作過(guò)程

劉易

北京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 北京 100018

1 VLAN間路由的必要性

VLAN的作用是隔離二層廣播域，也就嚴(yán)格地隔離了各個(gè)VLAN之間的任何流量，分屬于不同VLAN的用戶不能互相通信。VLAN雖然在很大意義上提高了網(wǎng)絡(luò)的安全性，但是從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，VLAN又阻隔了不同分組之間的連通性。為了在保證網(wǎng)絡(luò)安全性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間的連通，這就需要VLAN間路由技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包都必須要有四個(gè)地址才能進(jìn)行通信，即源IP地址、目的IP地址，源MAC地址和目的MAC地址。其中，前三個(gè)地址是發(fā)送方能夠確定的。為了能夠通信，還必須要知道目的MAC地址，而獲取目的MAC的方式是ARP請(qǐng)求。因?yàn)锳RP請(qǐng)求數(shù)據(jù)包是廣播報(bào)文，不能在分屬不用VLAN的不同廣播域中傳播。因此需要借助VLAN間路由來(lái)實(shí)現(xiàn)不同廣播域之間的數(shù)據(jù)包傳輸[1]。

2 VLAN間通信的實(shí)現(xiàn)方式

為了實(shí)現(xiàn)VLAN間的通信，總共有三種方式：物理接口；子接口；三層交換。

（1）物理接口的方式是指為每個(gè)VLAN提供一個(gè)物理接口，從而為每個(gè)VLAN都提供一個(gè)網(wǎng)關(guān)。但是這樣的方法每個(gè)VLAN都需要增加一個(gè)接口，增加了更多的投資。為了解決如上問(wèn)題，可以通過(guò)在路由器的一個(gè)物理接口上創(chuàng)建多個(gè)子接口來(lái)解決。

（2）子接口的方式是指將路由器上的一個(gè)物理端口分割為多個(gè)虛擬端口（邏輯接口），分別對(duì)應(yīng)不同的VLAN，為每個(gè)VLAN提供一個(gè)網(wǎng)關(guān)。但是，如果使用路由器進(jìn)行VLAN間通信的話，隨著VLAN之間流量的不斷增加，很可能導(dǎo)致匯聚鏈路成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。

（3）三層交換的方式是指在三層交換機(jī)中為每一個(gè)VLAN都創(chuàng)建一個(gè)VLANIF的虛接口，從而為每個(gè)VLAN提供一個(gè)網(wǎng)關(guān)。三層交換機(jī)就相當(dāng)于在一臺(tái)交換機(jī)中，分別設(shè)置了交換機(jī)模塊和路由模塊。而內(nèi)置的路由模塊與交換模塊相同，都使用硬件處理路由。因此，與傳統(tǒng)的路由器通過(guò)軟件路由相比，可以實(shí)現(xiàn)高速路由。并且，路由模塊與交換模塊的匯聚鏈接是內(nèi)部鏈接，可以確保相當(dāng)大的帶寬。

3 子接口的工作原理

通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)了解子接口的工作過(guò)程，屬于VLAN 2的PC1和屬于VLAN3的PC2分別連接到交換機(jī)S1，交換機(jī)的G0/0再與路由器R1的一個(gè)物理接口G0/1相連接。

為了實(shí)現(xiàn)VLAN間通信，需要在路由器上設(shè)置物理接口的邏輯接口，即子接口G0/1.1和G0/1.2分別作為VLAN 2和VLAN 3的網(wǎng)關(guān)。

首先計(jì)算機(jī)PC1向PC2發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)PC2與PC1不屬于同一個(gè)網(wǎng)段，因此會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。交換機(jī)S1在端口上收到PC1的數(shù)據(jù)幀后，會(huì)附加上VLAN 2 的tag信息，然后查看MAC地址表，通過(guò)匯聚接口G0/0發(fā)現(xiàn)給路由器R1。路由器收到數(shù)據(jù)幀后，確認(rèn)是屬于VLAN2的數(shù)據(jù)幀，去除tag后，交由負(fù)責(zé)VLAN2的子接口G0/1.1處理。

路由器查看數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)目的IP所在網(wǎng)段與路由表中的G0/1.2子接口相匹配，找到與之匹配的端口G0/1.2，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送給該端口。子接口G0/1.2收到數(shù)據(jù)包后，將目的Mac地址修改為PC2的MAC地址，源MAC修改為G0/1的MAC地址，并打上VLAN3的tag，從G0/1.2發(fā)送出去。

交換機(jī)收到數(shù)據(jù)幀后，查看MAC地址表，找到目標(biāo)計(jì)算機(jī)PC2連接的端口，然后將數(shù)據(jù)幀的VLAN信息去除后，從該端口轉(zhuǎn)發(fā)，最終計(jì)算機(jī)PC2成功地收到PC1的數(shù)據(jù)幀。

VLAN間通信時(shí)，即使通信雙方都連接在同一臺(tái)交換機(jī)上，也必須經(jīng)過(guò)：發(fā)送方——交換機(jī)——路由器——交換機(jī)——接收方五個(gè)步驟。

4 三層交換的工作原理

通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)了解三層交換的工作過(guò)程，屬于VLAN 2的PC1和PC2，屬于VLAN3的PC3分別連接到三層交換機(jī)CS上。

（1）在三層交換機(jī)中如果相同VLAN進(jìn)行通信，計(jì)算機(jī)PC1發(fā)送數(shù)據(jù)包，交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包后，查看MAC地址表，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)PC2屬于同一VLAN 2，于是交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給PC2所連接的端口，最終計(jì)算機(jī)PC2收到該幀。相同VLAN內(nèi)的通信在交換模塊完成。

（2）三層交換機(jī)中不同VLAN間通信需要通過(guò)路由模塊。需要在三層交換機(jī)上設(shè)置虛接口VLANIF2和VLANIF3分別作為VLAN 2和VLAN 3 的網(wǎng)關(guān)。

計(jì)算機(jī)PC1向PC3發(fā)送數(shù)據(jù)，判斷出PC3與本機(jī)不屬于同一個(gè)網(wǎng)段，因此會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。交換機(jī)CS收到數(shù)據(jù)幀，添加VLAN2的tag信息，并查看MAC地址表，將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給路由模塊。

路由模塊在收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，分辨出tag信息是VLAN2，據(jù)此判斷由VLANIF2接口負(fù)責(zé)接收，去掉tag后，進(jìn)行路由處理。路由模塊查看數(shù)據(jù)包，發(fā)現(xiàn)目的IP所在網(wǎng)段與路由表中的VLANIF3所在的網(wǎng)段相匹配，找到相對(duì)應(yīng)的端口VLANIF 3，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送給VLANIF 3。

虛接口VLANIF 3收到數(shù)據(jù)包，將目的Mac地址修改為PC3的MAC地址，源MAC修改為VLANIF 3的MAC地址，并打上VLAN3的tag。交換模塊收到數(shù)據(jù)幀后，查看MAC地址表，確認(rèn)需要將它轉(zhuǎn)發(fā)給PC3所連接的端口。由于該端口是ACCESS類型，因此轉(zhuǎn)發(fā)前會(huì)先將VLAN3的tag去除。最終，計(jì)算機(jī)PC3成功地收到PC1發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀。

通過(guò)三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN間通信，也必須經(jīng)過(guò)：發(fā)送方－交換模塊－路由模塊－交換模塊－接收方的過(guò)程。

5 結(jié)束語(yǔ)

VLAN間路由的三種方法中，物理接口的方式會(huì)造成資源浪費(fèi)，且很難擴(kuò)展，因此一般不使用該方法。路由器子接口使用軟件實(shí)現(xiàn)路由，當(dāng)并發(fā)流量大時(shí)，單鏈路容易造成網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。三層交換機(jī)是使用硬件進(jìn)行路由和轉(zhuǎn)發(fā)，速度更快。在實(shí)際工程中可根據(jù)設(shè)備情況進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃。