VLAN/Trunk以及三层交换之间的关系与区别

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VLAN/Trunk以及三层交换之间的关系与区别

来源: 作者: 时间:2015-10-04 13:44 【

在网上经常能看到这样的一些问题:支持VLAN的交换机一定是三层交换机吗?Trunk配置了就可以VLAN间通信吗?Trunk具体怎么工作的?VLAN间的通信到底是怎么执行的?说到底就是不知道VLAN/Trunk以

  VLAN/Trunk以及三层交换之间的关系与区别是什么,如果能回答出下面四个问题那就说明你知道他们之前的区别,如果不知道答案的话可以参考本文哦。

  1.支持VLAN的交换机一定是三层交换机吗?

  2.Trunk配置了就可以VLAN间通信吗?

  3.Trunk具体怎么工作的?

  4.VLAN间的通信到底是怎么执行的?

  如果说给若干个纯二层环境加上若干个路由器,我想绝大多数的人都可以设计出一个个完美的互联互通的网络,然而加上了VLAN之类的概念,反而被绕晕了,具有讽刺意义的是,VLAN本来就是用来简化纯二层环境+交换机的配置的。因此首先要理清VLAN的基本概念,然后具体VLAN间将如何进行通信就不解自知了。

  VLAN/Trunk以及三层交换的概念

  虚拟局域网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协议的第二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。

  Trunk

  简单说,端口如果配置为trunk模式,则允许多个vlan的数据通过该端口,一般是交换机与交换机互联的端口配置成trunk。

  三层交换

  三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。它解决了局域网中网段划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

  1.VLAN和三层没有任何关系

  如果先不提Trunk而纯粹的VLAN实际上就是将多个纯二层的以太网交换机合并成了一个,用软件进行控制。合并后的交换机就是支持VLAN的交换机,参与合并的多个物理交换机如今退化成了逻辑意义上的交换机。多个物理交换机并不是傻乎乎的合并后完事,VLAN交换机的另一个意义就是可以通过各种策略指定哪个物理port属于哪个逻辑交换机,如果让物理交换机实现这个,就不得不涉及购置,布线等问题,这就说明了软件真的比硬件更加灵活,以软件为基准,硬件其实就是固化了的软件。

  如果想明白VLAN的含义,在Linux上配置几个Bridge就可以了。我们知道,Linux内置了一个软Bridge实现,通过brctl可以进行配置,一个单独的Linux物理主机配置了N块以太网卡,就可以简单的模拟VLAN的概念(注意,此时还没有引入VLAN的本质-Trunk)了:

  a.新增一个br0,将网卡1/2/3加进去;

  b.新增一个br1,将网卡4/5/6加进去;

  c....

  d.网卡1连接一个纯二层交换机1;

  e.网卡4连接一个纯二层交换机2;

  f....

  这样Linux主机上就存在了多个Bridge,你可以将Linux主机这个物理的机器视为一个支持VLAN的机器了。

  VLAN交换机是一个纯二层的设备。然而,如果仅仅这样,那就没有必要推出VLAN的概念了,VLAN到底和上述的简单配置有什么不同呢?这就涉及到了IEEE802.1q标准,请看下节。

  2.Trunk和三层没有任何关系

  如果一个VLAN交换机上配置了两个VLAN,分别为VLAN1和VLAN2,另外几台VLAN交换机上可能也需要配置VLAN1和VLAN2,毕竟单独一台机器的口子有限,因此对于组网,不级联的拓扑是很少见的,现在关键的问题就是需要让处在不同VLAN交换机的口子可以属于同一个VLAN,即属于同一个广播域。办法很简单,那就是每一个VLAN用一个线将两个VLAN交换机上属于同一个VLAN的口子连起来,如果两台交换机上分别有3个VLAN,那就扯 3根线...这不得不说是一个好方法,但决不是一个妙方法。对于硬件上的体力活儿,软件一般都能很好的解决,这一次,又是软件帮了忙,正如VLAN的概念提出时那样(见上一节)。

  Trunk标准提出来了,所谓的Trunk就是可以让多个VLAN在两个交换机级联时复用一根线,因此软件上需要对数据帧做一些文章,以便数据帧到达另一个交换机的时候知道自己属于哪个VLAN从而限制帧的传输域,802.1q正是做这个的,从而这也成了VLAN的核心。Trunk只是简化了布线,降低了硬件成本,这是一个通过软件降低硬件成本的绝好的例子。

  既然Trunk可以通过多个VLAN的数据,那么实际上Trunk是将广播域延伸到了另外一台交换机上,而对于LAN,其广播域延伸到哪里,LAN也就延伸到了那里。事实上这并不与VLAN的初衷之一-限制广播域相冲突,Trunk将广播透传的时候是打着VLAN id标记的,也就是说广播除了可以在Trunk上或者在自己VLAN内部传输,是决不会到达其它VLAN里面的,如果一个广播到达了这样一个交换机,其上既没有别的Trunk口,也没有广播携带的VLAN id对应的VLAN,那么广播也就到此为止而消失了。

  到此为止,丝毫没有任何第三层的概念出现。

  3.VLAN接口的概念

  VLAN 接口的概念和Linux上Bridge的实现十分相像,就是可以为一个VLAN配置一个或者多个接口,在该接口上可以指定三层的IP地址,在VLAN的某一个口子(物理二层接口)上配置这样一个VLAN接口(三层接口)实际上就等同于在VLAN的该口子上插入了一台三层设备,只是这台设备是一台虚拟的设备罢了,另外和真正插一台设备不同的是,由于它是处在本机内部的,因此它所配置IP地址当然也就属于本机IP地址了,处在路由表的Local域中。

  理解了这一点就会明白,实际上配置了VLAN接口的VLAN交换机实际上是往纯VLAN交换机里面硬塞了一台三层设备,二者合而为一,因此更能加深对“VLAN交换机是一个纯二层的设备”这个观点的认识。

  4.LAN交换机上可以配置IP地址

  姑且先抛开VLAN的概念,说一下LAN交换机。一般以为LAN交换机是纯二层的设备,可是知道了VLAN接口的概念后,我们发现即使没有VLAN,也是可以将一台虚拟的三层设备插入到一个LAN交换机的口子上去的,其实Linux的软Bridge就是这样做的,那么内置了三层虚拟设备的LAN交换机就有了三层的功能。这是什么呢?还是以Linux为例,在Linux上配置两个Bridge,分别为br0,br1,在br0上配置IP地址 1.1.1.1/24,在br1上配置IP地址2.2.2.2/24,我们就可以看到br0标示的一个LAN上的流量可以通过br0的IP地址被路由到 br1,反之,br1标示的LAN流量也可以通过br1的IP地址路由到br0,这是什么?这就是三层交换机,一个将路由器接口变成交换机接口的路由器,这部三层交换机上拥有两组LAN接口,虽然可以略见VLAN的概念,但是没有任何标准说这个三层交换机上的两组LAN就是两个VLAN。

  可见,三层交换机可以和VLAN没有关系。

  5.以太网三层交换机

  从上述第4节可以看出,三层交换机可以和VLAN没有关系,然而实际情况下,三层交换机一般都支持VLAN,为何设备厂商要如此做呢?这涉及到一个工业设计的问题(没有毕业的本科年代学习工业设计,大专年代学习了网络~~),工业上的设计主要关注产品的使用而不是理论上的合理性,因此将VLAN引入第4节的 “两组LAN”是最合适不过的了。

  另外,三层交换机本质上还是偏重于“交换机”而不是“三层”,交换机的特征就是交换,所谓的交换是一个快速转发的概念,基本都是使用硬件芯片完成的,大量的存储芯片以空间换时间完成快速交换,这得益于以太网帧头的简单易操作性以及LAN交换机设计时关注了基于源MAC的自动学习和基于目标MAC的转发,之所以能如此还是因为以太网是一个BMA,即广播网络,到底数据应该由谁接收不是交换机决定的,而是各个端点主机决定的,这样的话交换机就可以模糊的进行转发,做到尽可能的精确-通过源MAC/端口学习,大不了就广播。这就是以太网交换的特征,三层交换机可以利用以太网交换的大量存储芯片用来存储IP层的路由结果,利用以太网快速交换的思想用来进行三层转发,数据包的第一次通过还是要走三层,这相当于一次学习的过程,类似以太网的MAC/端口学习,以后的结果就可以存储于ASCI了,这样就完成了快速转发。

  6.三层交换机和路由器的区别

  这个问题的答案铺天盖地,然而内容也是千篇一律,很少有人研究其背后的原因。既然以太网三层交换机可以做到一次路由多次转发,那么为何不再WAN上使用呢?如果仅仅是因为WAN不一定是以太网的话,那大可为了性能在WAN上引入以太网技术,这并不是主要原因,实际上,如果再深入一点看一下WAN上的路由器和接入层路由器的路由表就会恍然大悟了,WAN路由器上的表项数量十分庞大,且在BGP的影响下虽不频繁但是还是会有刷新,如果使用硬件来转发的话,光是对存储空间的需求就是一个挑战,三层交换机的快速转发实际上用到了cache的概念,有cache就会有冲突,特别在WAN环境下,IP地址的变动,可达性信息的变动会导致大量的cache冲突,因此三层交换机带来的收益会被马上抵消,另外WAN环境实际上用不到很多交换机口子,因此三层交换机内部背板芯片布线对于WAN环境是不合理的。其实用不着为WAN的性能担心,WAN路由器早就使用了类似Cisco CEF的快速转发技术了。

  三层交换机的使用场合是单个小型机构内部,因为这种地方的特定IP地址几乎不会变动,路由相对稳定,IP地址总量也不多,且路由基本都能汇聚,正好符合cache最优化使用的原则,三层交换机用武之地正在于此。

  7.VLAN间的通信

  这个问题的方案也是铺天盖地,答案同样千篇一律。VLAN间的通信方式被总结出来有两种:1.使用单臂路由方式;2.使用三层交换方式。这好像是从 CCNP/CCIE或者华为的HCSE的考试指南中流出来的,如果背下来当然是有用的,当初我考HCSE的时候还背了呢。学习到了一定程度就应该抛弃答案,回归本质。两个VLAN间的通信其实就是两个LAN间的通信,两个LAN间的通信需要一个网关来路由,那么VLAN间通信也就需要一个网关来路由了,这个网关的选择就多样了,可以选择VLAN接口,可以选择路由器等等,最终具体属于一个VLAN的主机在访问另一个VLAN的主机时如何能寻址到这个三层接口,那也有很多选择,VLAN的access链路上帧保持原样,流量若要跨越交换机的级联线,那么需要通过Trunk链路,最终总能找到这个下一跳三层接口。

  VLAN间的通信就这么简单,不要被支持VLAN,支持Trunk的三层交换机这个All for one的杂烩概念迷住了双眼。

  以上就是VLAN/Trunk以及三层交换之间的关系与区别,希望大家可以搞明白他们的区别,谢谢阅读,希望能帮到大家,请继续关注脚本宝典。

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