跨交换机的VLAN设置实验原理与过程解析

张永来

摘 要： 本文从实验角度介绍了VLAN原理及实验设置方案，重点阐述了跨交换机的VLAN设置及转发原理，tagged端口与untagged端口的转发原理是难点，旨在通过本实验，使学生较深入系统地掌握VLAN的相关知识。

关键词： VLAN 跨交换机 转发原理 tagged untagged

1.概述

Vlan是計算机网络课程中关于局域网部分重要的一个知识点，而这个知识点的学习关键在于实验过程。本知识点的实验难点在于跨交换机VLAN[1]内部数据转发的原理、难以通过一两次实验将VLAN知识系统化。如何设置实验、做实验、讲解实验才能使学生较好地掌握VLAN相关知识，是需要重点思考的问题。

2. vlan原理

VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名为“虚拟局域网”，是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术。划分VLAN的目的是使通信的数据只在属于同一个VLAN的端口间转发，如图1，而不是转发给所有端口，尤其对于广播数据，能有效防止广播风暴[2]。

图1 划分了VLAN的交换机

3.实验设置

VLAN实验分为单台交换机的VLAN划分和跨交换机的VLAN划分[3]。篇幅所限，简单的单交换机的VLAN划分在此不赘述，而是详述跨交换机的VLAN划分及相关原理。

3.1 实验目的

3.1.1通过本实验掌握跨交换VLAN的配置方法。

3.1.2通过本次实验掌握VLAN中端口间转发数据的原理。

3.2实验内容

在两台中兴交换机上实现跨交换机VLAN的划分，并验证属于不同VLAN的计算机之间的连通性。实验拓扑图如图2：

图2 跨交换机VLAN划分

Switch：中兴交换机

Pc1：IP地址192.168.100.1，子网掩码 255.255.255.0；

Pc2：IP地址192.168.200.1，子网掩码 255.255.255.0；

Pc3：IP地址192.168.200.9，子网掩码 255.255.255.0；

3.3实验过程

3.3.1按照图3将交换机与终端互联。

3.3.2在交换机SWITCH1上创建两个VLAN，并划分VLAN。在交换机SWITCH1（如图3）中，PC1所连的端口12与端口24在同一个VLAN，VLAN号为100；PC2所连的端口14与trunk口24在另一个相同的VLAN中，VLAN号为200。在交换机SWITCH2中，PC3所连端口10与trunk口20在同一个VLAN中（如图3），VLAN号也是200。这样，PC2所连的端口14与PC3所连的端口10在同一个VLAN 200（如图4）中，而PC1所连的端口12与PC3所连的端口10分属于两个VLAN。端口12，14与10为untagged类型的，PVID分别为100、200和200，而端口20和24为tagged的。

图3 SWITCH1交换机端口的配置

图4 PC2 ping PC3的结果

图5 跨交换机VLAN划分示意图

3.3.3得出结论：在不同交换机上的同一个VLAN内的终端之间是可以正常通信的，不同交换机上的不同VLAN内的终端是无法转发数据的。

3.4原理分析

下面结合上例与端口转发原理分析跨交换机VLAN的数据转发过程：

假定PC3给PC2发送一个数据帧p，因为所有pc机发出的数据帧都是没有带VLAN标记的包，从PC3发出的数据帧p进入端口10，根据上表，没有标记的数据帧进入untagged端口，按照PVID 200打上标记，端口20为tagged类型，转发数据帧p时根据上表[4]原样发送，数据帧p到达端口24时，因为端口24为tagged端口，原样接收，此时数据帧p带着标记200，端口24就在VLAN 200中转发该数据帧，端口14收到数据帧p后，根据上表，从untagged的端口14出去，去掉标记，数据帧p变成没有任何标记的数据帧，然后交给PC2，此时，PC2收到的是PC3发出的原数据帧。

假定PC3给PC1发送数据帧s，s仍然是没有带任何VLAN标记的数据帧，从PC3发出的数据帧s进入端口10，根据上表，没有标记的数据帧进入untagged端口，按照PVID 200打上标记，端口20为tagged，根据上表原样转发，数据帧s到达端口24时，原样接收，此时数据帧s带着标记200，端口24就在VLAN 200中转发该数据帧，而VLAN200中不包括端口12，故端口12收不到该数据帧s，故数据帧s无法到达PC1。

4.结语

本文结合实验详述了跨交换机的VLAN原理与实验方案，通过本实验，学生将较深入系统地掌握VLAN相关实验及原理知识，跨交换机仍然可以实现VLAN功能，涉及tagged与untagged端口对于不同类型数据帧做不同的转发处理，这是理解跨交换机VLAN的关键。

参考文献：

[1]谢希仁主编.计算机网络.电子工业出版社，2013.5.

[2]贺文华，陈志刚. 基于三层交换的VLAN设置技术研究.信息安全与通信保密，2006.8.

[3]郭雅主编. 计算机网络实验指导书.电子工业出版社，2012.1.

[4][美]W.Richard Stevens著.胡谷雨，吴礼发等译.TCP/IP详解.机械工业出版社，2011.6.