交換機VLAN案例配置解析

一、VLAN基礎

VLAN的中文名為"虛擬局域網(wǎng)"，VLAN是一種將局域網(wǎng)設備從邏輯上劃分成一個個不同的網(wǎng)段，從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興數(shù)據(jù)交換技術。這一新興技術主要應用于交換機和路由器中，但主流應用還是在交換機之中。

IEEE于1999年頒布了用以標準化VLAN實現(xiàn)方案的802.1Q協(xié)議標準草案。VLAN技術的出現(xiàn)，使得管理員根據(jù)實際應用需求，把同一物理局域網(wǎng)內(nèi)的不同用戶邏輯地劃分成不同的廣播域，每一個VLAN都包含一組有著相同需求的計算機工作站，與物理上形成的LAN有著相同的屬性。由于它是從邏輯上劃分，而不是從物理上劃分，所以同一個VLAN內(nèi)的各個工作站沒有限制在同一個物理范圍中，即這些工作站可以在不同物理LAN網(wǎng)段。

由VLAN的特點可知，一個VLAN內(nèi)部的廣播和單播流量都不會轉(zhuǎn)發(fā)到其他VLAN中，從而有助于控制流量、減少設備投資、簡化網(wǎng)絡管理、提高網(wǎng)絡的安全性。

交換技術的發(fā)展，也加快了新的交換技術（VLAN）的應用速度。通過將企業(yè)網(wǎng)絡劃分為虛擬網(wǎng)絡VLAN網(wǎng)段，可以強化網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡安全，控制不必要的數(shù)據(jù)廣播。

在同一個VLAN中的工作站，不論它們實際與哪個交換機連接，它們之間的通訊就好象在獨立的交換機上一樣。同一個VLAN中的廣播只有VLAN中的成員才能聽到，而不會傳輸?shù)狡渌?VLAN中去，這樣可以很好的控制不必要的廣播風暴的產(chǎn)生。同時，若沒有路由的話，不同VLAN之間不能相互通訊，這樣增加了企業(yè)網(wǎng)絡中不同部門之間的安全性。

VLAN除了能將網(wǎng)絡劃分為多個廣播域，從而有效地控制廣播風暴的發(fā)生，以及使網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構變得非常靈活的優(yōu)點外，還可以用于控制網(wǎng)絡中不同部門、不同站點之間的互相訪問。

VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎上增加了VLAN頭，用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶互訪，每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng)。虛擬局域網(wǎng)的好處是可以限制廣播范圍，并能夠形成虛擬工作組，動態(tài)管理網(wǎng)絡。

二、VLAN的劃分方法

VLAN在交換機上的實現(xiàn)方法，可以大致劃分為六類:

1. 基于端口劃分的VLAN

這是最常應用的一種VLAN劃分方法，應用也最為廣泛、最有效，目前絕大多數(shù)VLAN協(xié)議的交換機都提供這種VLAN配置方法。這種劃分VLAN的方法是根據(jù)以太網(wǎng)交換機的交換端口來劃分的，它是將VLAN交換機上的物理端口和VLAN交換機內(nèi)部的PVC（永久虛電路）端口分成若干個組，每個組構成一個虛擬網(wǎng)，相當于一個獨立的VLAN交換機。

對于不同部門需要互訪時，可通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)，并配合基于MAC地址的端口過濾。對某站點的訪問路徑上最靠近該站點的交換機、路由交換機或路由器的相應端口上，設定可通過的MAC地址集。這樣就可以防止非法入侵者從內(nèi)部盜用IP地址從其他可接入點入侵的可能。

從這種劃分方法本身我們可以看出，這種劃分的方法的優(yōu)點是定義VLAN成員時非常簡單，只要將所有的端口都定義為相應的VLAN組即可。適合于任何大小的網(wǎng)絡。它的缺點是如果某用戶離開了原來的端口，到了一個新的交換機的某個端口，必須重新定義。

2. 基于MAC地址劃分VLAN

這種劃分VLAN的方法是根據(jù)每個主機的MAC地址來劃分，即對每個MAC地址的主機都配置他屬于哪個組，它實現(xiàn)的機制就是每一塊網(wǎng)卡都對應唯一的 MAC地址，VLAN交換機跟蹤屬于VLAN MAC的地址。這種方式的VLAN允許網(wǎng)絡用戶從一個物理位置移動到另一個物理位置時，自動保留其所屬VLAN的成員身份。

由這種劃分的機制可以看出，這種VLAN的劃分方法的最大優(yōu)點就是當用戶物理位置移動時，即從一個交換機換到其他的交換機時，VLAN不用重新配置，因為它是基于用戶，而不是基于交換機的端口。這種方法的缺點是初始化時，所有的用戶都必須進行配置，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，配置是非常累的，所以這種劃分方法通常適用于小型局域網(wǎng)。而且這種劃分的方法也導致了交換機執(zhí)行效率的降低，因為在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員，保存了許多用戶的MAC地址，查詢起來相當不容易。另外，對于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣VLAN就必須經(jīng)常配置。

3. 基于網(wǎng)絡層協(xié)議劃分VLAN

VLAN按網(wǎng)絡層協(xié)議來劃分，可分為IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN網(wǎng)絡。這種按網(wǎng)絡層協(xié)議來組成的 VLAN，可使廣播域跨越多個VLAN交換機。這對于希望針對具體應用和服務來組織用戶的網(wǎng)絡管理員來說是非常具有吸引力的。而且，用戶可以在網(wǎng)絡內(nèi)部自由移動，但其VLAN成員身份仍然保留不變。

這種方法的優(yōu)點是用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN，而且可以根據(jù)協(xié)議類型來劃分VLAN，這對網(wǎng)絡管理者來說很重要，還有，這種方法不需要附加的幀標簽來識別VLAN，這樣可以減少網(wǎng)絡的通信量。這種方法的缺點是效率低，因為檢查每一個數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡層地址是需要消耗處理時間的(相對于前面兩種方法)，一般的交換機芯片都可以自動檢查網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)禎頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術，同時也更費時。當然，這與各個廠商的實現(xiàn)方法有關。

4. 根據(jù)IP組播劃分VLAN

IP 組播實際上也是一種VLAN的定義，即認為一個IP組播組就是一個VLAN。這種劃分的方法將VLAN擴大到了廣域網(wǎng)，因此這種方法具有更大的靈活性，而且也很容易通過路由器進行擴展，主要適合于不在同一地理范圍的局域網(wǎng)用戶組成一個VLAN，不適合局域網(wǎng)，主要是效率不高。

5. 按策略劃分VLAN

基于策略組成的VLAN能實現(xiàn)多種分配方法，包括VLAN交換機端口、MAC地址、IP地址、網(wǎng)絡層協(xié)議等。網(wǎng)絡管理人員可根據(jù)自己的管理模式和本單位的需求來決定選擇哪種類型的VLAN 。

6. 按用戶定義、非用戶授權劃分VLAN

基于用戶定義、非用戶授權來劃分VLAN，是指為了適應特別的VLAN網(wǎng)絡，根據(jù)具體的網(wǎng)絡用戶的特別要求來定義和設計VLAN，而且可以讓非VLAN群體用戶訪問VLAN，但是需要提供用戶密碼，在得到VLAN管理的認證后才可以加入一個VLAN。

三、VLAN的優(yōu)越性

任何新技術要得到廣泛支持和應用，肯定存在一些關鍵優(yōu)勢，VLAN技術也一樣，它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 增加了網(wǎng)絡連接的靈活性

借助VLAN技術，能將不同地點、不同網(wǎng)絡、不同用戶組合在一起，形成一個虛擬的網(wǎng)絡環(huán)境，就像使用本地LAN一樣方便、靈活、有效。VLAN可以降低移動或變更工作站地理位置的管理費用，特別是一些業(yè)務情況有經(jīng)常性變動的公司使用了VLAN后，這部分管理費用大大降低。

2. 控制網(wǎng)絡上的廣播

VLAN可以提供建立防火墻的機制，防止交換網(wǎng)絡的過量廣播。使用VLAN，可以將某個交換端口或用戶賦于某一個特定的VLAN組，該VLAN組可以在一個交換網(wǎng)中或跨接多個交換機，在一個VLAN中的廣播不會送到VLAN之外。同樣，相鄰的端口不會收到其他VLAN產(chǎn)生的廣播。這樣可以減少廣播流量，釋放帶寬給用戶應用，減少廣播的產(chǎn)生。

3. 增加網(wǎng)絡的安全性

因為一個VLAN就是一個單獨的廣播域，VLAN之間相互隔離，這大大提高了網(wǎng)絡的利用率，確保了網(wǎng)絡的安全保密性。人們在LAN上經(jīng)常傳送一些保密的、關鍵性的數(shù)據(jù)。保密的數(shù)據(jù)應提供訪問控制等安全手段。一個有效和容易實現(xiàn)的方法是將網(wǎng)絡分段成幾個不同的廣播組，網(wǎng)絡管理員限制了VLAN中用戶的數(shù)量，禁止未經(jīng)允許而訪問VLAN中的應用。交換端口可以基于應用類型和訪問特權來進行分組，被限制的應用程序和資源一般置于安全性VLAN中。

四、VLAN配置案例分析：

某公司有100臺計算機左右，主要使用網(wǎng)絡的部門有：生產(chǎn)部(20)、財務部(15)、人事部(8)和信息中心(12)四大部分。

網(wǎng)絡基本結(jié)構為：

整個網(wǎng)絡中干部分采用3臺Catalyst 1900網(wǎng)管型交換機（分別命名為：Switch1、Switch2和Switch3，各交換機根據(jù)需要下接若干個集線器，主要用于非VLAN用戶，如行政文書、臨時用戶等）、一臺Cisco 2514路由器，整個網(wǎng)絡都通過路由器Cisco 2514與外部互聯(lián)網(wǎng)進行連接。

所連的用戶主要分布于四個部分，即：生產(chǎn)部、財務部、信息中心和人事部。主要對這四個部分用戶單獨劃分VLAN，以確保相應部門網(wǎng)絡資源不被盜用或破壞。

現(xiàn)為了公司相應部分網(wǎng)絡資源的安全性需要，特別是對于像財務部、人事部這樣的敏感部門，其網(wǎng)絡上的信息不想讓太多人可以隨便進出，于是公司采用了VLAN的方法來解決以上問題。

通過VLAN的劃分，可以把公司主要網(wǎng)絡劃分為：生產(chǎn)部、財務部、人事部和信息中心四個主要部分，對應的VLAN組為為：Prod、Fina、Huma、Info

五、VALN的配置過程：

VLAN的配置過程其實非常簡單，只需兩步：

（1）為各VLAN組命名；

（2）把相應的VLAN對應到相應的交換機端口。

下面是具體的配置過程：

第1步：

設置好超級終端，連接上1900交換機，通過超級終端配置交換機的VLAN，連接成功后出現(xiàn)如下所示的主配置界面（交換機在此之前已完成了基本信息的配置）：

1 user(s) now ac tive on Management Console.

User Interface Menu

[M] Menus

[K] Command Line

[I] IP Configuration

Enter Selection:

【注】超級終端是利用Windows系統(tǒng)自帶的"超級終端"（Hypertrm）程序進行的，具體參見有關資料。

第2步：

單擊"K"按鍵，選擇主界面菜單中"[K] Command Line"選項，進入如下命令行配置界面：

CLI session with the switch is open.

To end the CLI session,enter [Exit ].

此時我們進入了交換機的普通用戶模式，就象路由器一樣，這種模式只能查看現(xiàn)在的配置，不能更改配置，并且能夠使用的命令很有限。所以我們必須進入"特權模式"。

第3步：

在上一步">"提示符下輸入進入特權模式命令"enable"，進入特權模式，命令格式為">enable"，此時就進入了交換機配置的特權模式提示符：

#config t

Enter configuration commands,one perline.End with CNTL/Z

(config)#

第4步：

為了安全和方便起見，我們分別給這3個Catalyst 1900交換機起個名字，并且設置特權模式的登陸密碼。下面僅以Switch1為例進行介紹。配置代碼如下：

(config)#hostname Switch1

Switch1(config)# enable password level 15XXXXXX

Switch1(config)#

特權模式密碼必須是4~8位字符這，要注意，這里所輸入的密碼是以明文形式直接顯示的，要注意保密。交換機用 level 級別的大小來決定密碼的權限。Level 1 是進入命令行界面的密碼，也就是說，設置了 level 1 的密碼后，你下次連上交換機，并輸入 K 后，就會讓你輸入密碼，這個密碼就是 level 1 設置的密碼。而 level 15 是你輸入了"enable"命令后讓你輸入的特權模式密碼。

第5步：

設置VLAN名稱。因四個VLAN分屬于不同的交換機，VLAN命名的命令為"vlanvlan號 name vlan名稱，在Switch1、Switch2、Switch3、交換機上配置2、3、4、5號VLAN的代碼為：

Switch1 (config)#vlan 2 name Prod

Switch2 (config)#vlan 3 name Fina

Switch3 (config)#vlan 4 name Huma

Switch3 (config)#vlan 5 name Info

【注】以上配置是按表1規(guī)則進行的。

第6步：

上一步我們對各交換機配置了VLAN組，現(xiàn)在要把這些VLAN對應于表1所規(guī)定的交換機端口號。對應端口號的命令是"vlan-membership static/ dynamic VLAN號 "。在這個命令中"static"(靜態(tài))和"dynamic"(動態(tài))分配方式兩者必須選擇一個，不過通常都是選擇"static"(靜態(tài))方式。

VLAN端口號應用配置如下：

（1）. 名為"Switch1"的交換機的VLAN端口號配置如下：

Switch1(config)#int e0/2

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/3

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/4

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

……

Switch1(config-if)#int e0/20

Switch(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/21

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#

【注】"int"是"nterface"命令縮寫，是接口的意思。"e0/3"是"ethernet 0/2"的縮寫，代表交換機的0號模塊2號端口。

（2）. 名為"Switch2"的交換機的VLAN端口號配置如下：

Switch2(config)#int e0/2