探析單交換機VLAN劃分的教學方法

陰歡歡

摘要：針對廣播信息造成網絡中的主機會收到大量并非以自身為目的地的信息，浪費了大量的帶寬資源而造成了嚴重的安全隱患這一現象，人們在設計局域網時提出了分割廣播域的方法。路由器端口較少且成本較高，可擴展性不強;二層交換機一般帶有多個網絡接口，用二層交換機分割廣播域的技術，就是VLAN。通過利用VLAN，我們可以自由設計廣播域的構成，提高網絡設計的自由度。

關鍵詞：分割;廣播域;VLAN;自由度

教學中學生學習了ARP協議以及以太網AMC幀格式理論知識，本次教學單元希望學生掌握VLAN的工作原理、VLAN劃分的方法、VLAN通信過程。學生通過上機操作學會搭建仿真平臺，掌握交換機常用命令配置技能，創建和劃分VLAN;使學生在學習中通過分析、思考，增強掌握新知識的自信，培養學生處理問題敢于探索和實踐的精神。

1.VLAN技術

為了解決ARP協議通信引發廣播風暴的案例，有哪些方法可以實現，學生進行討論環節。通過對不同解決方案的對比引入了本次課討論的內容——VLAN技術。虛擬局域網VLAN（Virtual Local Access Network）是一組邏輯上的設備和用戶，這些設備和用戶并不受物理位置的限制，可以根據功能、部門及應用等因素將它們組織起來，相互之間的通信就好像它們在同一個網段中一樣[1] 。教學部分的開展從VLAN的定義、VLAN的作用、VLAN在幀格式中如何設置等方面進行展開，著重搞清楚VLAN到底是什么樣的技術，如何避免廣播風暴的，要想實現VLAN技術，對網絡協議體系中的數據鏈路層和物理層應該如何修改。采用802.1q協議和思科公司專有的ISL如何將VLAN封裝是此處學習的主要內容。

2.VLAN劃分

接入鏈路可事先設定，也可根據所連主機而動態設定，前者稱為“靜態Vlan”;后者稱為“動態Vlan”。兩者區別主要在于根據OSI參照模型哪一層的信息決定端口所屬的VLAN。靜態VLAN配置簡單，當主機離開端口移動時需要重新配置，不適合網絡拓撲結構頻繁改變的網絡;動態VALN分為基于MAC地址的Vlan、基于子網的Vlan、基于用戶的Vlan等，配置過程以主機相應地協議層次設置，靈活性較好[2] 。在教學過程中采用上機操作的方式，對不同的劃分方法進行講解，幫助學生理解它們之間的區別，在后續的網絡設計過程中能夠靈活地選擇劃分方法。

3.VLAN通信

交換機屬于二層設備，是數據鏈路層的連接設備，未進行VLAN劃分之前連接的主機屬于同一個網絡，相互之間是可以進行通信的。通過VLAN劃分將交換機的端口歸屬不同的VALN中，劃分之后的各個端口之間是不是也可以進行通信呢？教學環節分為同一VLAN內主機的通信和不同VLAN的主機之間通信過程展開，加深學生對VLAN技術的理解，采用了VALN技術之后通信有何不同。

相同VLAN內的主機通信的原理：ARP廣播之前發送主機先檢查目的主機的IP地址，發現處于同一網絡，也就是在一個廣播域內，廣播幀傳輸的范圍就在交換機的此VLAN內，其他的VLAN不會收到此廣播幀，同一VLAN內的通信、處理均在交換機內完成[3] 。講解完理論知識，在電腦上打開思科軟件Cisco Packet Tracer，搭建網絡模型，包括一臺交換機、多臺主機以及將設備連接在一起的接口線，對交換機進行基本的配置以及相應的端口設置，主機設置IP地址及子網掩碼、網關等基本設置。用ping指令去測試未劃分的計算機的連通性，測試結果可拼通;端口設置相應的VLAN，此時用ping指令測試，測試結果顯示相同VLAN內的主機之間可拼通，不同VLAN之間的主機之間是不能連通的。

兩臺計算機即使連接在同一臺交換機上，所屬的VLAN不同，即處于不同的廣播域，等效于兩個獨立的交換機，相互之間就無法直接通信。為了能夠在VLAN間通信，需要利用OSI參照模型中更高一層——網絡層的信息（IP地址）來進行路由，實現不同網絡通信。

使用路由器進行Vlan間路由時，最先想到的是用多個路由器端口分別與每個Vlan相連接。而路由器上通常LAN接口有限，這無疑帶來擴展性問題。另一種思路是路由器某個接口與交換機的Trunk端口相連，使多個Vlan共享同一條物理連接到路由器。將用于連接路由器的交換機端口設為匯聚端口，支持多個VLAN通過;而路由器上的端口也必須支持匯聚鏈路，該端口在理論上可分割為多個虛擬子端口，對于到來的VLAN數據幀路由器通過路由表找到目的主機所屬VLAN，通過相應地子端口轉發出去。此處教學內容會通過動畫的形式向學生展示工作過程，使學生理解單臂路由的原理。Vlan間通信時，即使雙方都連接在同一臺交換機上，也必須經過“發送方→交換機→路由器→交換機→接收方”這樣一個流程。在進行三層路由轉發時，數據包IP地址保持不變，MAC地址則在每個節點都會改變。

4.總結

通過本次課程的學習，學生能夠掌握VLAN技術，VALN作用以及VLAN工作原理;基于此認識，如何在交換機上進行VALN的劃分，不同的劃分方法有何優缺點，適用于什么場合;劃分了VALN之后，主機之間如何通信——相同VLAN、不同VALN。掌握了單交換機下VALN劃分方法，設計不同VLAN通信時，不同的VLAN能否處于同一網段，為什么？不同VLAN通信有其他方法實現嗎，如三層交換機？多交換機VALN間該如何通信？

參考文獻：

[1] 陸魁軍.基于Cisco路由器和交換機[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2] 王達，Cisco/H3c交換機配置與管理完全手冊[M].北京：中國水利水電出版社，2012.

[3] 方巍，劉鋼.淺談VLAN技術的工作原理[J].企業科技與發展，2014，24：21-26.

（作者單位：武漢晴川學院）