二层技术-以太网

以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，带冲突检测的载波侦听多路访问）技术的共享通讯介质。采用以太网技术构建的局域网，既是一个冲突域，又是一个广播域，当网络中主机数目较多时会导致冲突严重，广播泛滥、性能显著下降，甚至网络不可用等问题。通过在以太网中部署网桥或二层交换机，可以解决冲突严重的问题，但仍然不能隔离广播报 文。在这种情况下出现了VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）技术，这种技术可以把一个物理LAN划分成多个逻辑的LAN——LAN。处于同一VLAN的主机能直接互通，而处于不同VLAN的主机则不能直接互通。 ### 二层技术—以太网与VLAN详解 #### 一、以太网技术概述 以太网作为当今最广泛使用的局域网技术之一，其基础架构和技术原理至关重要。以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，即载波侦听多路访问/冲突检测）技术的共享通信介质。这项技术允许多个设备在同一物理链路上进行通信，并通过CSMA/CD机制来减少数据包碰撞的可能性。 然而，在实际应用中，随着网络规模的扩大和设备数量的增加，原始的以太网技术也暴露出了一些问题，如冲突域过大导致的数据包冲突频繁发生，以及广播域内的广播风暴等现象，这些问题会严重影响网络的性能和稳定性。为了解决这些问题，引入了网桥或二层交换机等设备，它们能够在一定程度上缓解冲突问题，但依然无法有效隔离广播报文。因此，更进一步的技术改进是必要的。 #### 二、VLAN技术介绍 ##### 2.1 VLAN概述 为了更好地管理和优化以太网环境中的网络流量，VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）技术应运而生。VLAN技术能够将一个物理局域网分割成多个逻辑上的局域网，从而实现更精细的网络管理。每个VLAN内部的主机可以像在一个物理局域网内那样自由通信，而不同VLAN之间的主机则需要通过三层路由才能互相通信。 通过这种方式，VLAN不仅能够有效隔离广播域，减少广播风暴的发生，还能够提高网络的安全性和灵活性。例如，可以将财务部门的主机分配到一个VLAN中，将销售部门的主机分配到另一个VLAN中，这样即使两个部门位于同一栋楼的不同楼层，也能通过不同的VLAN进行隔离，保证各自网络资源的安全。 ##### 2.2 VLAN报文封装 VLAN技术的核心在于如何对报文进行封装，以实现逻辑上的分隔。常见的VLAN封装协议有两种：802.1Q和ISL（Inter-Switch Link）。其中802.1Q是最常用的一种标准，它通过在以太网帧头部添加一个4字节的Tag字段来标识不同的VLAN。Tag字段包含了优先级、VID（VLAN ID）等信息，使得设备能够根据这些信息判断报文所属的VLAN。 ##### 2.3 协议规范 VLAN技术的标准化由IEEE（电气和电子工程师协会）制定，主要遵循的是802.1Q标准。该标准定义了如何在以太网帧中添加VLAN标签，以及如何处理这些带有标签的数据包。此外，还有一些扩展功能，如GVRP（GARP VLAN Registration Protocol）用于动态注册和传播VLAN信息，以及PVST+（Per-VLAN Spanning Tree Plus）用于在每个VLAN内独立运行生成树协议，提高网络的冗余性和性能。 #### 三、配置VLAN ##### 3.1 配置VLAN基本属性 在配置VLAN之前，首先需要创建VLAN并为其指定一些基本属性，比如VLAN ID、名称等。VLAN ID是一个唯一标识符，用于区分不同的VLAN。通常，VLAN ID的取值范围为1~4094，其中1和4095保留作特殊用途。每个VLAN都需要有一个唯一的ID，以便于管理和识别。 ##### 3.2 配置VLAN接口基本属性 除了基本的VLAN创建之外，还需要配置VLAN接口的基本属性，如IP地址、子网掩码等。这些属性对于三层交换机来说尤为重要，因为它们提供了跨VLAN通信的基础。配置VLAN接口的过程类似于配置普通的三层接口，只是需要指定具体的VLAN ID。 ##### 3.3 配置基于端口的VLAN 基于端口的VLAN配置是最常见的VLAN配置方式之一，它可以分为三种类型： - **Access端口**：这种类型的端口只能属于一个VLAN，并且用于连接终端设备（如计算机）。 - **Trunk端口**：Trunk端口可以承载多个VLAN的数据，主要用于连接两台交换机之间或者交换机与路由器之间。 - **Hybrid端口**：Hybrid端口是Trunk端口的扩展，除了可以承载多个VLAN的数据外，还可以指定某些VLAN的数据不被打上Tag标签。 ##### 3.4 VLAN显示和维护 配置完成后，还需要定期检查和维护VLAN设置，确保网络运行稳定。可以通过命令行工具或其他管理软件来查看VLAN的状态，包括VLAN成员端口列表、VLAN状态等信息。此外，还需要定期备份VLAN配置，以便在网络出现问题时能够快速恢复。 #### 四、基于端口的VLAN典型配置举例 以下是一个简单的基于端口的VLAN配置示例： 1. **创建VLAN**： ```shell Switch(config)# vlan 10 Switch(config-vlan)# name Sales ``` 2. **配置Access端口**： ```shell Switch(config)# interface GigabitEthernet0/1 Switch(config-if)# switchport mode access Switch(config-if)# switchport access vlan 10 ``` 3. **配置Trunk端口**： ```shell Switch(config)# interface GigabitEthernet0/2 Switch(config-if)# switchport mode trunk Switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan all ``` 4. **配置Hybrid端口**： ```shell Switch(config)# interface GigabitEthernet0/3 Switch(config-if)# switchport mode hybrid Switch(config-if)# switchport hybrid vlan 10 untagged ``` 通过以上步骤，我们创建了一个名为“Sales”的VLAN，并分别配置了一个Access端口、一个Trunk端口和一个Hybrid端口。这些端口可以按照需要连接不同的设备，从而实现网络的有效隔离和管理。 以太网技术的发展离不开VLAN技术的支持，通过合理地规划和配置VLAN，不仅可以有效避免网络中的冲突和广播风暴，还能提高网络的整体性能和安全性。对于网络管理员而言，熟练掌握VLAN的配置和管理方法是非常重要的。