3.4虚拟局域网（课件）《计算机网络技术》（西安电子科技大学）

计算机 网络 任务4 虚拟局域网 知识点一 虚拟局域网的概念 虚拟局域网的特点 虚拟局域网的起源 随着局域网内的主机数量日益增多，由大量的广播报文带来的带宽浪费、安全等问题变得越来越突出。 虚拟局域网的起源 如左图，方法之一是将网络改造成用路由器连接多个子网，但这样会增加网络设备的投入。 如右图，另一种成本较低又行之有效的方法就是采用虚拟局域网。虚拟局域网的基础是在交换技术上发展起来的。 交换式以太网核心就是交换机（Switch），网络中的每个站直连交换机，由交换机负责转发数据帧。此方式下，发送端与接收端并不共享通信介质，因此很多情况下采用全双工通信方式。当一台主机希望传送一个以太网帧时，它向交换机送出一个标准帧，交换机收到这个帧后，会查看帧的目的地址，然后将这个帧直接发送到目的地。在这种一对一连接全双工通信的方式下不会发生冲突，因此一般不需要CSMA/CD的机制就可以实现更高效的通信。 虚拟局域网的起源 双绞线 双绞线 100BASE-TX 100BASE-TX 1000BASE-LX 光纤 交换机 交换机 虚拟局域网实现方式 A1 A2 A3 B3 B2 B1 C2 C1 C3 VLAN1 VLAN2 VLAN3 分别在不同楼层中划分了VLAN1、VLAN2、VLAN3三个虚拟局域网。这样A1、A2、A3就在一个工作组中，B1、B2、B3也在一个工作组中 交换机 交换机 交换机 交换机 （1）控制不必要的广播报文的扩散 （2）增加了安全性 （3）简化了网络管理 VLAN用途及优势： 虚拟局域网的特点 虚拟局域网（VLAN，Virtual Local Area Network）是以局域网交换机为基础，通过交换机软件实现根据功能、部门、应用等因素将设备或用户组成虚拟工作组或逻辑网段的技术。其最大的特点是在组成逻辑网时无须考虑用户或设备在网络中的物理位置。 数据链路层的单播、广播、单播帧只能在同一个VLAN内转发和扩散，而不会直接进进入到其它的VLAN之中，VLAN内的各个用户就像是在同一个真实的局域网内一样可以互相访问。 VLAN可以在一个交换机或者跨交换机实现。同时，若没有路由的话，不同的VLAN之间不可以互相通信。 知识点二 基于端口划分VLAN 基于端口划分VLAN方法 基于端口划分VLAN简介 基于端口划分VLAN简介 划分VLAN的方法有很多种，常见的包括：基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN、基于网络层的VLAN、基于IP组播的VLAN等。如图所示，一个24口的交换机，如果采用基于端口划分VLAN的方式，其中3，5，7和9号端口被划分为VLAN10，而19，20，21和22号端口被划分到VLAN20，那么连接在两个VLAN中的终端无法实现二层通信。 基于端口划分VLAN简介 数据链路层的传输单位为帧，在发送端数据链路层将网络层的数据按照一定格式打包为帧并发送给物理层，在接收端数据链路层将物理层的数据按照一定格式解包为帧并发送给网络层。 目前，在数据链路层使用比较多的是以太网（Ethernet Ⅱ）协议。以太网帧格式如下： 以太网交换机端口的分类： （1）access端口：一般用于设置交换机与计算机连接的端口，access端口只能属于1个VLAN； （2）trunk端口：一般用于设置交换机与交换机之间连接的端口，trunk端口可以属于多个VLAN。 交换机的端口分类 目的Mac地址 源Mac地址 类型 数据 校验码 6字节 6字节 2字节 46-1500字节 4字节 基于端口划分VLAN方法 （1）打开ENSP，新建图3-4-5的拓扑，选择4台PC 终端，1台S5700交换机，然后进行如图所示的连线，主机1连接交换机的GE0/0/1端口，主机2连接交换机的GE0/0/2端口，主机3连接交换机的GE0/0/3端口，主机4连接交换机的GE0/0/4端口。 基于端口划分VLAN方法 （2）鼠标右键设置PC1的IP地址为10.10.10.1，子网掩码为255.255.255.0；PC2的IP地址为10.10.10.2，子网掩码为255.255.255.0;PC3的IP地址为10.10.10.3，子网掩码为255.255.255.0;PC4的IP地址为10.10.10.4，子网掩码为255.255.255.0;设置成功后，启动这4台PC终端。 基于端口划分VLAN方法 （3）启动S5700交换机，使用如图3-5-7所示指令开启4个端口，在PC1的命令行分别ping PC2、PC3、PC4，观察其连通性，在此过程中对PC1进行抓包，并保存数据包，作为后续分析数据的依据。 基于端口划分VLAN方法 （4）分别在4个千兆口模式下，使用port link-type access将4个端口设置为access模式。 基于端口划分VLAN方法 （5）创建VLAN，将端口添加到VLAN。在系统模式下，使用vlan 2命令创建逻辑小组2，并在vlan2模式下，将千兆口g0/0/1和g0/0/3加入逻辑小组2中。 （6）在系统模式下，使用vlan 3命令指令创逻辑小组3，并在vlan3模式下，将千兆口g0/0/2和g0/0/4加入逻辑小组3中。 基于端口划分VLAN方法 （7）设置好以上指令后， VLAN标签情况如图。 基于端口划分VLAN方法 （8）使用display interface GigabitEthernet命令，查看交换机千兆以太网口的配置信息。 基于端口划分VLAN方法 （9）使用display vlan命令查看交换机VLAN配置信息。 知识点三 基于MAC地址划分VLAN 基于MAC地址划分VLAN方法 基于MAC地址划分VLAN简介 基于MAC地址划分VLAN简介 基于MAC地址划分VLAN，根据主机网卡的MAC地址划分VLAN。此划分方式需要网络管理员提前配置好网络中的主机MAC地址和VLAN ID的映射关系。如果交换机收到不带标签的数据帧，则会查找之前配置的MAC地址和VLAN映射表，再根据数据帧中携带的MAC地址来添加相应的VLAN标签。在使用此方法划分VLAN时，即使主机移动位置，也不需要重新配置VLAN。 基于MAC地址划分VLAN方法 （1）打开ENSP，如图，新建拓扑，选择4台PC 终端，1台S3700交换机，然后进行如图所示的连线，主机1连接交换机的E0/0/1端口，主机2连接交换机的E0/0/2端口，主机3连接交换机的E0/0/3端口，主机4连接交换机的E0/0/4端口。 基于MAC地址划分VLAN方法 （2）鼠标右键设置PC1的IP地址为10.10.10.1，子网掩码为255.255.255.0；PC2的IP地址为10.10.10.2，子网掩码为255.255.255.0;PC3的IP地址为10.10.10.3，子网掩码为255.255.255.0;PC4的IP地址为10.10.10.4，子网掩码为255.255.255.0;设置成功后，启动这4台主机。 基于MAC地址划分VLAN方法 （3）启动S5700交换机，使用如下图指令开启4个端口（Ethernet 0/0/1、Ethernet 0/0/2、Ethernet 0/0/3、Ethernet 0/0/4）。 （4）分别在4个千兆口模式下，使用port link-type hybrid将4个端口设置为bybrid模式。 基于MAC地址划分VLAN方法 （5）创建VLAN，将四台机器的MAC加入到对应的VLAN。在系统模式下，使用vlan 10命令创建逻辑小组10，并将PC1的MAC地址与PC2的MAC地址加入逻辑小组10。下图仅演示将PC1的MAC地址加入逻辑小组10中，实际操作还需要添加PC2的MAC地址。 基于MAC地址划分VLAN方法 （6）在系统模式中，使用vlan 20命令创建逻辑小组20，并在vlan20模式下，将PC3的MAC地址与PC4的MAC地址加入逻辑小组20。设置好以上指令后，VLAN标签的配置情况如图。 基于MAC地址划分VLAN方法 （7）配置交换机的端口1和端口2，使它们能够处理VLAN 10的数据，配置交换机的端口3和端口4，使它们能够处理VLAN 20的数据。图显示如何让端口1能够识别和处理VLAN10的数据，其余三个端口配置要求一样。 基于MAC地址划分VLAN方法 （8）在4个接口模式下，启动端口支持mac-vlan功能。并在PC1命令行分别ping PC2、PC3、PC4的IP地址，观察其连通性。 基于MAC地址划分VLAN方法 （9）再次配置交换机的端口1和端口2使它们处理VLAN 20的数据，配置交换机的端口3和端口4使它们能处理VLAN 10的数据，即4个端口同时支持通过两个VLAN 10和VLAN 20的数据，下图配置端口1可以处理VLAN10和20的数据，其余三个端口，以此类推。 （10）完成以上步骤后，再次在PC1的控制端分别ping其余三台PC的IP地址，观察联通性，在此过程中对PC1进行抓包。 基于MAC地址划分VLAN方法 （11）使用display interface Ethernet命令，查看交换机以太网口配置信息。 VLAN帧结构 常见的以太网帧结构是Ethernet Ⅱ的格式。以太网帧的前端是以太网的首部，它总共占14个字节。分别是6个字节的目标MAC地址、6个字节的源MAC地址以及2个字节的上层协议类型。 目的MAC地址 源MAC地址 类型/长度 数据 FCS 首部 帧尾 6字节 6字节 2字节 46-1500字节之间 4字节 在交换式以太网中引入VLAN后，不仅在同一台交换机上可存在多个VLAN，同一个VLAN还可以跨越多个交换机。那么交换机如何识别来自不同VLAN的数据，以进行正确的转发呢？ 这就需要一种机制来帮助识别不同VLAN的数据，为此，引入了VLAN的帧标记方法。该方法在每个以太网帧的帧头中插入一个惟一的VLAN标识，交换机通过检查这个标识以决定该帧所属的VLAN。 IEEE在1996年3月制定了IEEE802.1Q VLAN标准，给出了IEEE802.1Q的帧格式，它相当于在标准的以太网帧的基础上添加4个字节，两个字节的标记协议标志符（TPID）和两个字节的标签控制信息段（TCI）。 802.1Q帧头放在了标准的以太网帧中“源MAC地址”与“类型/长度”之间，长度为4字节。 VLAN帧结构 TPID：标签协议标识字段，值为固定的0x8100，说明该帧具有802.1Q标签。 TCI：标签控制信息字段，包括用户优先级（User Priority）、规范格式指示器和VLAN ID三个部分。 Priority：共占用3位，指明帧的优先级。一共有8种优先级，主要用于当交换机发生拥塞时，交换机优先发送哪个数据包。 CFI：占1位，为规范格式标识，用于指示以太网网络和令牌环网络之间的转发，CFI在以太网交换机中总被设置为“0”，若一个以太网端口接收的帧所具有CFI值为“1”，表示不对该帧进行转发。 VLAN ID：占用12位，用于标识数据帧所在VLAN的编号。 VLAN帧头含义 观察上下ICMP的包有什么区别？重点抓握802.1Q帧头在数据包中的位置。 VLAN帧头抓包示例 VLAN帧头抓包示例 部分习题答案 1、（单选题）下列哪项不是VLAN的优点（）。 A.控制网络的广播风暴 B.确保网络的安全 C.增加网络的接入结点 D.简化网络管理 2、（单选题）对虚拟局域网络技术的理解，以下说法正确的是（）。 A.网络中的逻辑工作组的节点组成不受节点所在的物理位置的限制 B.网络中的逻辑工作组的节点组成要受节点所在的物理位置的限制 C.网络中的逻辑工作组的节点必须在同一个网段上 D.以上说法都不正确 3、（单选题）交换机所连成的网络属于同一个（）。 A.冲突域 B.广播域 C.管理域 D.控制域 部分习题答案 4、（单选题）VLAN的通信标准是（）。 A.802.2 B.802.3 C.802.1Q D.802.11 5、（多选题）VLAN的划分方式有（）。 A.交换机端口 B.设备MAC地址 C.网络层协议 D.IP子网 6、（多选题）VLAN的链路属性包括（）。 A.干道链路 B.接入链路 C.中继链路 D.环回链路 7、（多选题）交换机的端口类型包括（）。 A. access类型端口 B.trunk类型端口 C.hybrid类型端口 D.tagged类型端口 计算机网络发展的四个阶段 一级标题 二级标题 三级标题 1.面向单机的网络互连模式 (一) 面向单机的网络互连模式 字体 中文 思源黑体 CN Normal 英文 Times New Roman 标题 迷你简菱心 双击安装 颜色 辅色 $$