◆黃竹芹 宋華 楊云霞

VLAN技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

◆黃竹芹 宋華 楊云霞

（合肥經(jīng)濟(jì)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 安徽 230031）

在網(wǎng)絡(luò)配置與管理教學(xué)中，虛擬局域網(wǎng)VlAN是一個重要且常用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。為了讓學(xué)生對VLAN技術(shù)的掌握與學(xué)習(xí)，本文結(jié)合VLAN的特點(diǎn)，在思科模擬器上對不同VLAN間通信進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，這里介紹了單交換機(jī)，跨交換機(jī)，三層交換機(jī)及單臂路由來實(shí)現(xiàn)VLAN間的通信，通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果展示，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

VLAN；交換機(jī)；三層交換機(jī)；單臂路由；虛擬局域網(wǎng)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展與改進(jìn)，技術(shù)不斷升級跟進(jìn)，大部分高校的校園主干網(wǎng)的帶寬都達(dá)到了千兆，部分高校甚至達(dá)到了萬兆。雖然我國校園網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)建設(shè)、安全架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)規(guī)范等方面在不斷發(fā)展中，特別是校園網(wǎng)存在著不合理的管理與設(shè)計，導(dǎo)致校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全存在很多隱患。例如，經(jīng)常發(fā)生被黑客入侵，無端遭受病毒干擾，重要信息被泄露，數(shù)據(jù)被盜取、被破壞等現(xiàn)象，甚至網(wǎng)絡(luò)未進(jìn)行局域網(wǎng)設(shè)計，一臺主機(jī)中毒后，導(dǎo)致全網(wǎng)的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)癱瘓，這些問題對我國當(dāng)前校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全是極大的挑戰(zhàn)，因此，用來阻隔網(wǎng)絡(luò)間的vlan技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用[1-4]。

因此，網(wǎng)絡(luò)安全性對所有有著眾多科研項目的高校來說至關(guān)重要，也是廣大學(xué)者最熱衷的研究對象之一，特別是虛擬局域網(wǎng)vlan技術(shù)的設(shè)計與對網(wǎng)絡(luò)安全性是高校甚至企業(yè)單位對網(wǎng)絡(luò)的安全、高效通信的迫切要求，該研究廣泛應(yīng)用于高校，醫(yī)院，氣象局中等企事業(yè)單位中[5-8]。多年來，網(wǎng)絡(luò)的管理與維護(hù)是科研工作者一直熱衷的項目。

1 VLAN技術(shù)概述

虛擬局域網(wǎng)需要對局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備在邏輯上劃分成一個個網(wǎng)段的技術(shù)進(jìn)行邏輯劃分，即在物理網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)一步劃分邏輯網(wǎng)絡(luò)[9]。這種技術(shù)不僅提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率，突破地理位置限制，易排查網(wǎng)絡(luò)故障，減少網(wǎng)絡(luò)管理員的工作時間和工作壓力，還提升了網(wǎng)絡(luò)的安全性。目前，也是各大高?；蚱笫聵I(yè)單位最常用的一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法。VLAN技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，大致可以分為以下幾種。基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN、基于網(wǎng)絡(luò)層的VLAN、基于IP組播的VLAN。

2 實(shí)驗(yàn)方案與設(shè)計

利用虛擬局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)劃分網(wǎng)絡(luò)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計為單臺交換機(jī)與跨交換機(jī)實(shí)現(xiàn)相同vlan間的通信，三層交換機(jī)和路由器可以實(shí)現(xiàn)不同vlan間通信。

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求

在校園網(wǎng)的局域網(wǎng)設(shè)計中，分為接入層交換機(jī)和匯聚層換機(jī)，在接入層交換機(jī)一般為二層交換機(jī)，這類交換機(jī)具有端口密度大，價格便宜，但是傳輸速率較低。匯聚層交換機(jī)采用的是三層交換機(jī)，主要是高速處理接入層眾多設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸能力，這類交換機(jī)接口較少但是傳輸速率較高。三層交換機(jī)不僅具有二層交換的功能，還具有路由器功能，能實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)。本實(shí)驗(yàn)，分別在單層交換機(jī)、跨二層交換機(jī)、三層交換機(jī)以及單臂路由上實(shí)現(xiàn)對VLAN劃分，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證VLAN間主機(jī)通信情況。

2.2 實(shí)驗(yàn)器材

本研究根據(jù)高校計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)。在Cisco Packet Tracer模擬器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，進(jìn)行驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)實(shí)時運(yùn)行情況。

電腦配置：處理器：AMD 6-3420M APU 1.5GHZ，操作系統(tǒng)：4G 64位操作系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)仿真設(shè)備：二層交換機(jī)Switch2950、三層交換機(jī)、路由器Router1841、通信線路、若干PC機(jī)。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與仿真

3.1 單臺Switch實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)VLAN

假設(shè)學(xué)校的校園網(wǎng)建設(shè)中有2個部門。

圖1 單臺實(shí)現(xiàn)VLAN

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）置PC機(jī)的IP地址及子網(wǎng)掩碼。

（2）交換機(jī)上分別創(chuàng)建vlan 11、vlan22，不同的VLAN 對應(yīng)的不同的部門。

（3）交換機(jī)相應(yīng)的端口加入到相應(yīng)的VLAN中。

（4）驗(yàn)驗(yàn)證與測試。

核心代碼如下：

Switch（config）#vlan 11 //創(chuàng)建vlan 11

Switch（config-vlan）# vlan 22 //創(chuàng)建vlan 22

Switch（config-vlan）#exit

Switch1（config）#interface range fastEthernet0/1-2

//選擇交換機(jī)fa0/1-2端口

Switch1（config-if）#switchport mode access

//將端口設(shè)置為access模式

Switch1（config-if）#switchport access vlan 11

//端口設(shè)置加入到vlan 11

Switch1（config-if-range）#int fa0/3

Switch1（config-if）#swi mode access

Switch1（config-if）#swi access vlan 22

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2。

圖2 單交換機(jī)中不同VLAN通信結(jié)果

通過測試得出位于相同vlan間PC1與PC2是可以相互通信的，而位于不同VLAN的PC1，PC3通信無法通信，見圖2，實(shí)驗(yàn)表明即使位于同一個交換機(jī)上不同vlan間也不能相互通信。

3.2 跨交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)VLAN

當(dāng)屬于同一個VLAN成員分布在不同交換機(jī)的端口時，要實(shí)現(xiàn)VLAN內(nèi)部成員間通信，讓交換機(jī)間互聯(lián)鏈路匯集到一條鏈路上，即交換機(jī)的主干鏈路或中繼鏈路。各個VLAN的數(shù)據(jù)通過該鏈路進(jìn)行通信。

圖3 跨交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）C機(jī)的IP地址及子網(wǎng)掩碼。

（2）交換機(jī)與交換機(jī)的主干鏈路端口配置為Trunk模式。

（3）在每臺交換機(jī)上創(chuàng)建不同的VLAN，再將相應(yīng)的端口加入對應(yīng)的VLAN中（方法同在每個交換機(jī)上進(jìn)行單臺交換機(jī)的配置方法）。

（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與測試。

核心代碼如下：

Switch_A（config）#vlan 11

Switch_A（config-vlan）#int fa0/1

Switch_A（config-if）#switchport mode access

Switch_A（config-if）#switchport access vlan 11

Switch_A（config-if）#exit

Switc_A（config）#int fa0/3

Switc_A（config-if）#switchport mode trunk

//將交換機(jī)與交換機(jī)的相連的fa/3端口設(shè)置為trunk模式

Switc_A（config-if）#exit

繼續(xù)對交換機(jī)Switch_B創(chuàng)建不同VLAN，將端口fa0/1，fa0/2加入到相應(yīng)的VLAN中，fa0/3設(shè)置為trunk模式。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

經(jīng)過測試所得，PC4可以跟PC5通信，見圖4，而不能跟PC6連通。實(shí)驗(yàn)表明只要屬于相同VLAN，就算位于不同的交換機(jī)上也可以進(jìn)行通信。

圖4 PC4與PC5通信結(jié)果

實(shí)驗(yàn)說明位于不同交換機(jī)上相同的VLAN的PC4，PC5可以相互通信

3.3 三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN間的通信

同一個局域網(wǎng)中各個子網(wǎng)的互聯(lián)以及VLAN間的路由使用三層交換機(jī)。三層交換機(jī)要是VLAN間的通信需要，需要在三層交換機(jī)上創(chuàng)建虛擬子接口SVI，并設(shè)置虛擬接口的IP地址，作為VLAN的網(wǎng)關(guān)地址，這樣才可以實(shí)現(xiàn)虛擬子接口間的路由進(jìn)行VLAN間相互通信。

圖5 三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)VLAN

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）配置PC機(jī)的IP地址、子網(wǎng)掩碼及網(wǎng)關(guān)。

（2）在三層交換機(jī)上創(chuàng)建不同vlan，并將相應(yīng)三層交換機(jī)端口加入到對應(yīng)局域網(wǎng)中；（或者分別在二層交換機(jī)上創(chuàng)建VLAN，這里，二層交換機(jī)與三層交換機(jī)鏈接的接口，均要設(shè)置為trunk模式）。

（3）三層交換機(jī)上創(chuàng)建虛擬子接口并配置IP地址和子網(wǎng)掩碼。

（4）開啟三層交換機(jī)的路由功能

核心代碼如下：

MUL_Switch （config）#vlan 10

MUL_Switch （config-vlan）#vlan 20 //創(chuàng)建虛擬子接口

MUL_Switch （config-vlan）#int fa0/1

MUL_Switch （config-if）#swi mode access

MUL_Switch （config-if）#swi access vlan 10 //將端口加入相應(yīng)的虛擬子接口中

MUL_Switch （config-if）#int vlan 10

MUL_Switch （config-if）#ip add 192.168.10.7 255.255.255.0

//對虛擬子接口配置IP參數(shù)

MUL_Switch （config-if）#no shutdown

繼續(xù)對三層交換機(jī)fa0/2端口加入虛擬子接口vlan20，并配置子接口的IP參數(shù)

MUL_Switch （config-if）#ip routing //開啟三層交換機(jī)路由功能

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6。

圖6 PC7與PC8通信結(jié)果

實(shí)驗(yàn)說明三層交換機(jī)可實(shí)現(xiàn)不同VLAN間的通信。

3.4 單臂路由實(shí)現(xiàn)VLAN間的通信

單臂路由是指在路由器的一個物理接口上通過配置子接口的方式，實(shí)現(xiàn)VLAN間的相互通信。子接口是依附于路由器物理接口的邏輯接口，一個物理接口可以衍生多個邏輯子接口，屬于同一個物理接口的多個邏輯子接口可以共用物理接口的物理配置參數(shù)，還具有各自獨(dú)立的連接層和網(wǎng)絡(luò)層配置參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）配置PC機(jī)的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)。

（2）在交換機(jī)上創(chuàng)建虛擬局域網(wǎng)，分別將交換機(jī)相應(yīng)的端口加入到相應(yīng)虛擬局域網(wǎng)中。

（3）將交換機(jī)與路由器相連的端口配置為trunk模式。

（4）在路由器的以太網(wǎng)物理接口創(chuàng)建邏輯子接口，將子接口劃分到相應(yīng)的VLAN中，并使用IEEE802.1Q協(xié)議封裝。

圖7 單臂路由實(shí)現(xiàn)VLAN

核心代碼如下：

Switch4（config-if）#vlan 10

Switch4（config-vlan）#vlan 20

Switch4（config-vlan）#vlan 30

Switch4（config-vlan）#int fa0/2

Switch4（config-if）#swi mode access

Switch4（config-if）#swi access vlan 10

繼續(xù)將交換機(jī)端口加入到相應(yīng)的VLAN中，在對路由器進(jìn)行配置

Router1（config）#int fa0/0

Router1（config-if）#no shutdown

//開啟路由器以太網(wǎng)物理接口fa0/0

Router1（config-if）#int fa0/0.10

//在以太網(wǎng)接口下創(chuàng)建子接口fa0/0.10

Router1（config-subif）#encapsulation dot1q 10

//用IEEE802.1Q協(xié)議封裝

Router1（config-subif）#ip add 192.168.10.254 255.255.255.0 //配置以太網(wǎng)物理子接口的IP地址

Router1（config-subif）#no shutdown

在以太網(wǎng)接口下繼續(xù)創(chuàng)建子接口fa0/0.20，fa0/0.30，并封裝，最后分別配置相應(yīng)的子接口IP地址

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖8。

圖8 PC9與PC11通信結(jié)果

實(shí)驗(yàn)說明單臂路由可以實(shí)現(xiàn)不同VLAN間的相互通信。

4 結(jié)束語

VLAN技術(shù)作為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)中重要的章節(jié)，本實(shí)驗(yàn)在VLAN的劃分技術(shù)中，主要從單交換機(jī)、夸交換機(jī)、單臂路由以及三層交換機(jī)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)配置與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以幫助學(xué)生更好的理解網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和分析能力，在理論和實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)對VLAN技術(shù)的掌握。

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