“功能等價法”在三層網絡設備互連中的應用

杜慶平

（泰州職業技術學院 信息工程學院，江蘇 泰州 2253000）

“功能等價法”在三層網絡設備互連中的應用

杜慶平

（泰州職業技術學院 信息工程學院，江蘇 泰州 2253000）

網絡組建中常用路由器、單臂路由、三層交換機等三層設備連接不同的網段，上述網絡設備之間互連并運行路由協議可以實現設備之間所連網段的互訪，因此三層網絡設備之間正確互連是網絡組建的基礎。對初學者來說路由器之間互連比較易于理解，但路由器與三層交換機或單臂路由與三層交換機等其他情形的三層設備之間如何互連就不易掌握。利用“功能等價法”可以解決這一問題，即將物理端口充足的路由器之間的互連方法確定為標準方法，通過和標準方法進行功能類比來確定其他情形三層設備互連的配置方法。

三層設備；路由器；三層交換機；單臂路由；設備互連；功能等價法

在計算機網絡中，三層設備用來連接不同的網段，通過將三層設備互連并運行路由協議可以實現所有三層設備所連網段間的互訪。常見的三層設備有路由器、單臂路由[1]、三層交換機等，它們之間正確互連是網絡組建的基礎。

對初學者來說路由器之間互連比較易于理解，但路由器與三層交換或單臂路由與三層交換等其他情形的三層設備之間的互連，就不易掌握。根據這一情況，本文提出“功能等價法”來幫助初學者理解并掌握三層網絡設備之間的互連。該方法將物理端口充足的路由器之間互連的配置方法作為標準方法，通過和標準方法進行功能類比來配置其他情形的三層設備互連。

1 標準方法

路由器是較常見的三層設備，一般情況下它有多個物理端口，用于連接不同的網段，這些網段稱為路由器的直連網段。直連網段就其功能而言又可分為用于接入用戶的用戶網段和用于設備之間互連的互連網段?？梢园褍膳_物理端口足夠的路由器之間的互連方法確定為標準方法。

舉例如圖1所示，路由器R1、R2都有三個以上的物理端口，兩臺路由器的FE0/1、FE0/2端口用于連接用戶網段，要實現R1、R2所連用戶網段的互相訪問，首先要將兩臺路由器互連，然后再配置路由，本文只分析如何進行互連。R1、R2的互連方法主要包括如下兩點：

（1）選擇兩臺路由器上的空閑端口相連，圖1中兩臺路由器互連的端口均使用FE0/3。

（2）將互連網段配置在互連接口上，R1的FE0/3端口IP地址為10.1.1.1/30，R2的FE0/3端口IP地址為10.1.1.2/30。

圖1 標準方法舉例

2 其他情形三層設備互連的方法

2.1 單臂路由的互連方法

（1）使用子接口互連

如果路由器只有一個物理端口，但要連接多個網段，這種情形稱為單臂路由。若圖1中的R1只有一個物理端口，其用戶網段的配置方法如圖2所示，R1的FE0/1.1和FE0/1.2兩個接口為子接口[2]，該接口是邏輯接口，物理上是不可見的，故用虛線標出。二層交換機上配置兩個VLAN，用來接入用戶網段的設備。

圖2 單臂路由直連網段配置舉例

將圖1和圖2中R1的直連網段的配置進行對比，可以發現單臂路由的配置方法和標準方法之間存在如下的等價關系：

若將圖1中的R1、R2均換為單臂路由，根據等價關系，互連配置方法為如圖3所示，主要包括如下兩點：

1）在兩臺二層交換機上均新增一個VLAN，本例中兩臺二層交換都新增了VLAN 30，將用于互連的F0/24端口放入到VLAN 30中，然后用網線將兩交換機的F0/24端口連接起來。

2）在兩臺路由器上均新增一個子接口，本例中兩臺路由器均增加了FE0/1.3子接口，將互連網段配置在新增子接口上。

圖3 單臂路由使用子接口互連方法舉例

（2）使用主接口互連在方法（1）中可以發現圖3中兩個路由器的主接口FE0/1都沒使用，無論是用于做網關還是做互連，主接口也可以配置IP地址，但是要注意的是由于交換機和路由器互連的端口是Trunk端口，而主接口使用以太網協議而不是VLAN協議，主接口是接在交換機的VLAN 1中，如將圖3中兩臺單臂路由采用主接口互連，方法如圖4所示。

圖4 單臂路由使用主接口互連方法舉例

2.2 三層交換機的互連方法

三層交換機可以看成是一個路由器和二層交換機的組合體，物理端口較多，在局域網中已取代路由器成為主要設備。若將圖1中的R1、R2均換為三層交換機，則互連的方法有兩種：

（1）配置端口為三層端口三層交換機的端口出廠時一般默認為二層端口，通過配置可將端口設置為三層端口，設置后的三層交換機，可作為具有充足物理端口的路由器使用，互連方法和標準方法一樣。

（2）配置交換虛擬接口[3]（SVI）三層交換機還可將直連網段配置在交換虛擬接口上。若將圖1中R1換成一臺三層交換機L3SW 1，其用戶網段的配置方法如圖5所示，L3SW 1的intvlan 10和intvlan 20兩接口為交換虛擬接口，該接口也是邏輯接口。

圖5 交換虛擬接口配置直連網段方法舉例

通過圖1中R1和圖5中L3SW1的直連網段的配置進行對比，也可以發現交換虛擬接口配置方法和標準方法之間存在如下的等價關系：

若將圖1中的R1、R2均換為三層交換機，根據等價關系，互連配置方法為如圖6所示，主要包括如下兩點：

1）在兩臺三層交換上都新增一個VLAN，兩臺交換機新增VLAN之間的連接方法和圖3中二層交換機互連的方法相同。

2）在兩臺三層交換機配置新增VLAN的交換虛擬交接口的IP地址。

圖6 三層交換機互連方法舉例

（3）上述兩種方法的特點

第一種方法比較簡單，但受設備限制，方法二有較強的通用性，而且有些特殊情形只能使用第二種方法。如圖7所示，這兩個三層交機所連的網段既有不同的（L3SW1上的192.168.2.0/24，L3SW2上的192.168.4.0/24），又有相同的（192.168.1.0/24），既要實現不同網段之間能夠通過路由互相訪問，又要保證同一個網段之間能夠通過交換能夠互相訪問，這種情形下就不能使用方法（1），只能使用方法（2），并且要注意如下兩點：

1）圖6中兩臺交換機互連的鏈路是Access鏈路[4]，因此無論是用戶VLAN還是互連用VLAN都只在本交換機有意義，兩臺交換機上VLAN ID可以相同也可以不同，彼此沒有關系。

2）圖7中由于兩臺設備互連的鏈路既要傳遞二層數據，實現兩臺交換機相同網段內的設備互訪，又要傳遞路由，實現不同網段之間的互訪，互聯兩個交換機的互連端口需設置為Trunk模式，兩臺交換機互連的鏈路是Trunk鏈路[5]。兩臺交換互連的網段（10.1.1.0/24）的VLAN ID必須一致（圖7中均配置為VLAN 30），不需要配置其他端口屬于該VLAN，因為F0/24是Trunk模式，Trunk端口屬于任何VLAN。不同用戶網段（L3SW1上的192.168.2.0/24和L3SW2上的192.168.4.0/24）的VLAN ID盡可能不一致，如果一致的話，會導致不同用戶網段的設備在同一個廣播域[6]，增加不必要的帶寬開銷。

圖7 三層交換機互連特殊情形舉例

2.3 路由器與三層交換機互連方法

如果圖1中的R1不變，R2的功能由一臺三層交換機代替，根據上述的功能等價關系，路由器和三層交換機互連的方法如圖8所示。

圖8 路由器與三層交換機互連方法舉例

2.4 單臂路由器與三層交換機互連方法

如果圖6中的三層交換機不變，R1的功能用單臂路由代替，根據上述的功能等價關系，路由器和三層交換機互連的方法如圖9所示。

3 結語

圖9 單臂路由器與三層交換機互連方法舉例

在理解了單臂路由、三層交換與標準方法之間的功能等價關系后，可以將路由器、單臂路由、三層交換之間的互連組合出多種情形，并用功能等價法進行配置練習，雖然有些情形在實際組網中不一定用到，但可以提升對三層設備互連的理解，也可為后續掌握靜態路由和動態路由準備好基礎網絡。“功能等價”法是一種實用化的方法，在組網學習和設備配置中有很重要的作用。網絡設備的更新較快，新舊系列產品之間或不同廠家產品之間往往相同功能的配置方法不盡相同，這時可以借助“功能等價”法去理解和配置。

[1]梁廣民.思科網絡實驗室CCNA實驗指南[M].北京：電子工業出版社，2009.

[2]Todd Lammle.CCNA學習指南[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[3]高峽，陳智罡，袁宗福.網絡設備互連學習指南[M].北京：科學出版社，2009.

[4]杭州華三通信技術有限公司.路由交換技術（下）[M].北京：清華大學出版社，2013．

[5]肖穎，佘影.VLAN技術在三層交換機中的應用[J].微處理機，2009，(6):41-44．

[6]謝希仁.計算機網絡[M].大連:大連理工大學出版社，2010．

（責任編輯 楊荔晴）

The Application of“ Function Equivalence Method”for Interconnecting Layer 3 Network Devices

DU Qing-ping
(Taizhou Polytechnic College, Taizhou Jiangsu 225300, China)

Router , router-on-a-stick and Layer 3 switch are used to connect different network in network construction,The network connected on the above network devices can visit each other by the routing protocol, so proper interconnection between layer 3 network devices is the foundation of the network construction 。It’s easy to understand how to interconnect routers for beginners, but it’s hard to understand how to interconnectsrouter and Layer 3 switch or other cases. The method of "functional equivalence" can be used to solve the problem. This method treats the interconnection between the routers with enough physical ports as the standard method. The method of other cases of equipments interconnection can be got by analoging the basic method.

layer 3 network devices; router; router-on-a-stick; layer 3 switch; interconnecting network devices; function equivalence method

TP393.0

A

1671-0142（2014）03-0056-04

杜慶平（1975-），男，高級工程師，系統分析師，碩士，研究方向為網絡技術和電子商務.