跨交换机的Vlan配置要点

《计算机网络》课程设计报告

学院专业通信工程

班级学号

学生姓名指导教师王静课程成绩完成日期年月日

课程设计成绩评定

院系专业通信工程

班级学号

学生姓名指导教师王静

指导教师对学生在课程设计中的评价

评分项目优良中及格不及格学习态度与遵守纪律情况

课程设计完成情况

课程设计报告的质量

指导教师成绩指导教师签字年月日

课程设计答辩组对学生在课程设计中的评价

评分项目优良中及格不及格课程设计完成情况

课程设计报告的质量

课程设计答辩

答辩组成绩答辩组长签字年月日课程设计综合成绩

课程设计任务书

学院通信工程专业

课程名称计算机网络课程设计时间2014～2015学年第二学期16～17周学生姓名指导老师王静

题目跨交换机Vlan的配置

主要内容：

（1）学习Vlan的相关知识；

（2）分别在两个交换机上配置Vlan；

（3）在两个交换机上配置Trunk；

（4）结合一个实例，在模拟器中测试同一VLAN的用户可以通信，而不同的VLAN 的用户不能直接通信。

要求：

（1）按要求编写课程设计报告书，能正确阐述设计结果。

（2）通过课程设计培养学生严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。（3）学会文献检索的基本方法和综合运用文献的能力。

（4）在老师的指导下，要求每个学生独立完成课程设计的全部内容。

应当提交的文件：

（1）课程设计报告。

（2）课程设计附件（各类图纸、设备配置清单、报告等）

跨交换机Vlan的配置

学生姓名：指导教师：王静

摘要：本课程设计主要内容是跨交换机的虚拟Vlan配置,局域网（Vlan)是来实现在不同交换机上的同一个Vlan之间的通信。在Windows操作系统中的Cisco Tracket Packer仿真软件下模拟，连接2个交换机和5个PC机组成的Vlan。实现不同交换机上的同一个Vlan之间的通信，需要在两个交换机配置Trunk连接，达到了设计目的。

关键字：模拟交换机， PC机，Vlan,Trunk

目录

1 引言 (1)

1.1 跨交换机的Vlan主要内容 (1)

1.2 设计平台 (2)

2 设计原理.................................................................................... 错误！未定义书签。

2.1 跨交换机vlan的基本概念 (3)

3 设计内容.................................................................................... 错误！未定义书签。

3.1 需求分析 (5)

3.2网拓扑图的绘制 (6)

3.3 虚拟局域网vlan的配置 (8)

3.4 测试连通性 (14)

3.5划分Vlan和Trunk连接 (16)

3.6.小结 (26)

4 结束语 (26)

参考文献 (27)

附录 (28)

1 引言

从广义上来看，交换机分为两种：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络，用于连接终端设备，如PC机及网络打印机等。

按照现在复杂的网络构成方式，网络交换机被划分为接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。其中，核心层交换机全部采用机箱式模块化设计，已经基本上都设计了与之相配备的1000Base-T模块。接入层支持1000Base-T的以太网交换机基本上是固定端口式交换机，以10/100M端口为主，并且以固定端口或扩展槽方式提供1000Base-T的上联端口。汇聚层1000Base-T交换机同时存在机箱式和固定端口式两种设计，可以提供多个1000Base-T端口，一般也可以提供1000Base-X等其他形式的端口。接入层和汇聚层交换机共同构成完整的中小型局域网解决方案。

从传输介质和传输速度上看，局域网交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种，这些交换机分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM和令牌环网等环境。

1.1跨交换机的Vlan主要内容

交换技术的发展，也加快了新的交换技术（VLAN）的应用速度。通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址（MAC地址）组成的虚拟网段。这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组

的管理功能。在同一个VLAN中的工作站，不论它们实际与哪个交换机连接，它们之间的通讯就好象在独立的交换机上一样。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到，而不会传输到其他的VLAN中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时，若没有路由的话，不同VLAN之间不能相互通讯，这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访。交换机是根据工作站的MAC地址来划分VLAN的。所以，用户可以自由的在企业网络中移动办公，不论他在何处接入交换网络，他都可以与VLAN内其他用户自如通讯。

VLAN网络可以是有混合的网络类型设备组成，比如：10M以太网、100M 以太网、令牌网、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服务器、集线器、网络上行主干等等。

VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同部门、不同站点之间的互相访问。

物理位置不同的多个主机如果划分属于同一个VLAN，则这些主机之间可以相互通信。物理位置相同的多个主机如果属于不同的VLAN，则这些主机之间不能直接通信。VLAN通常在交换机或路由器上实现，在以太网帧中增加VLAN 标签来给以太网帧分类，具有相同VLAN标签的以太网帧在同一个广播域中传送。

VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLAN ID把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以限制广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。

1.2设计平台

Windows操作系统；Cisco Tracket Packer仿真软件

2 设计原理

2.1 跨交换机vlan的基本概念

VLAN是建立在物理网络基础上的一种逻辑子网，因此建立VLAN需要相应的支持VLAN技术的网络设备。当网络中的不同VLAN间进行相互通信时，需要路由的支持，这时就需要增加路由设备——要实现路由功能，既可采用路由器，也可采用三层交换机来完成，同时还严格限制了用户数量。

按端口划分VLAN

许多VLAN厂商都利用交换机的端口来划分VLAN成员。被设定的端口都在同一个广播域中。例如，一个交换机的1，2，3，4，5端口被定义为虚拟网AAA，同一交换机的6，7，8端口组成虚拟网BBB。这样做允许各端口之间的通讯，并允许共享型网络的升级。但是，这种划分模式将虚拟网限制在了一台交换机上。

第二代端口VLAN技术允许跨越多个交换机的多个不同端口划分VLAN，不同交换机上的若干个端口可以组成同一个虚拟网。

以交换机端口来划分网络成员，其配置过程简单明了。因此，从目前来看，这种根据端口来划分VLAN的方式仍然是最常用的一种方式。

按MAC地址划分VLAN

这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC 地址的主机都配置它属于哪个组。这种划分VLAN方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，所以，可以认为这种根据MAC地址的划分方法是基于用户的VLAN，这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用户的话，配置是非常累的。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低，因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，这样就无法限制广播包了。另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样，VLAN就必须不停地配置。

按网络层划分

这种划分VLAN的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型(如果支持多协议)划分的，虽然这种划分方法是根据网络地址，比如IP地址，但它不是路由，与网络层的路由毫无关系。

这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN，这对网络管理者来说很重要，还有，这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量。

这种方法的缺点是效率低，因为检查每一个数据包的网络层地址是需要消耗处理时间的(相对于前面两种方法)，一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网帧头，但要让芯片能检查IP帧头，需要更高的技术，同时也更费时。当然，这与各个厂商的实现方法有关。

按IP组播划分

IP组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个组播组就是一个VLAN，这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展，当然这种方法不适合局域网，主要是效率不高。

基于规则的

也称为基于策略的VLAN。这是最灵活的VLAN划分方法，具有自动配置的能力，能够把相关的用户连成一体，在逻辑划分上称为“关系网络”。网络管理员只需在网管软件中确定划分VLAN的规则（或属性），那么当一个站点加入网络中时，将会被“感知”，并被自动地包含进正确的VLAN中。同时，对站点的移动和改变也可自动识别和跟踪。

采用这种方法，整个网络可以非常方便地通过路由器扩展网络规模。有的产品还支持一个端口上的主机分别属于不同的VLAN，这在交换机与共享式Hub 共存的环境中显得尤为重要。自动配置VLAN时，交换机中软件自动检查进入交换机端口的广播信息的IP源地址，然后软件自动将这个端口分配给一个由IP 子网映射成的VLAN。

按用户划分

基于用户定义、非用户授权来划分VLAN，是指为了适应特别的VLAN网络，根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN，而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN，但是需要提供用户密码，在得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。

以上划分VLAN的方式中，基于端口的VLAN端口方式建立在物理层上；MAC方式建立在数据链路层上；网络层和IP广播方式建立在第三层上。

对VLAN的标准，我们只是介绍两种比较通用的标准，当然也有一些公司具有自己的标准，比如Cisco公司的ISL标准，虽然不是一种大众化的标准，但是由于Cisco Catalyst交换机的大量使用，ISL也成为一种不是标准的标准了。

3 设计内容

3.1 需求分析

局域网的发展是VLAN产生的基础，所以在介绍VLAN之前，我们先来了解一下局域网的有关知识。局域网（LAN）通常是一个单独的广播域，主要由Hub、网桥或交换机等网络设备连接同一网段内的所有节点形成。处于同一个局域网之内的网络节点之间可以直接通信，而处于不同局域网段的设备之间的通信则必须经过路由器才能通信。随着网络的不断扩展，接入设备逐渐增多，网络结构也日趋复杂，必须使用更多的路由器才能将不同的用户划分到各自的广播域中，在不同的局域网之间提供网络互联。

基于端口的VLAN，简单的讲就是交换机的一个端口就是一个虚拟局域网，凡是连接在这个端口上的主机属于同个虚拟局域网之中。基于端口的VLAN的优点为：由于一个端口就是一个独立的局域网。所以，当数据在网络中传输的时候，交换机就不会把数据包转发给其他的端口，如果用户需要将数据发送到其他的虚拟局域网中，就需要先由交换机发往路由器再由路由器发往其他端口；同时以端口为中心的VLAN中完全由用户自由支配端口，无形之中就更利于管理。

但是美中不足的是以端口为中心的VLAN，当用户位置改变时，往往也伴随着用户位置的改变而对网线也要进行迁移。如果不会经常移动客户机的话，采用这一方式倒也不错。

在宽带网络中实现的VLAN基本上能满足广大网络用户的需求，但其网络性能、网络流量控制、网络通信优先级控制等还有待提高。前面所提到的VTP技术、STP技术，基于三层交换的VLAN技术等在VLAN使用中存在网络效率的瓶颈问题，这主要是IEEE802.1Q、IEEE802.1D协议的不完善所致，IEEE正在制定和完善IEEE802.1S（Multiple Spanning Trees）和IEEE802.1W（Rapid Reconfiguration of Spanning Tree）来改善VLAN的性能。采用IEEE802.3z和IEEE802.3ab协议，并结合使用RISC（精简指令集计算）处理器或者网络处理器而研制的吉位VLAN交换机在网络流量等方面采取了相应的措施，大大提高了VLAN网络的性能。IEEE802.1P协议提出了COS（Class of Service）标准，这使网络通信优先级控制机制有了参考。

3.2网拓扑图的绘制

通过Cisco Tracket Packer仿真软件实现方案的具体规划和配置。

（1）软件的界面如下：

图3-1 软件初始界面

（2）绘制跨交换机网络拓扑图，每一个交换机以及所连接的用户主机为虚拟的局域网，如图3-2-2所示。

图3-2 跨交换Vlan网络拓扑结构图

3.3 虚拟局域网Vlan的配置

（1）PC机的配置

配置PC机。PC0的IP地址192.168.0.31，PC1的IP地址：192.168.0.32 PC2的ip地址是：192.168.0.33 PC3的IP地址：192.168.0.34，PC4的IP地址：192.168.0.35;子网掩码均为：255.255.255.0，用ping命令检查他们能否通信。

要设置每一台主机的IP地址(单击PC →选择右侧的“Desktop”选项卡→选择“IP Configration”→输入IP address)。

进入PC机的配置状态：

图3-3--a 进入PC机配置界面图

图3-3--b 进入PC机配置界面图PC0的IP地址配置：

图3-4 PC0的IP地址配置图

PC1的IP地址配置：

图3-5 PC1的IP地址配置图PC2的IP地址配置：

图3-6 PC2的IP地址配置图

PC3的IP地址配置：

图3-7 PC3的IP地址配置图PC4的IP地址配置：

图3-8 PC4的IP地址配置图

（2）交换机的配置

在这里我们仅仅设置交换机的IP地址和网关。为交换机配置IP地址的一个重要原因就是可以远程管理交换机。这个IP地址我们也成为管理IP。管理IP 在vlan的接口模式下配置，通常可以为每一个vlan设置一个IP地址，在没有划分vlan时，交换机有一个默认的vlan1，可以为它设置IP地址，作为管理IP。设置步骤：单击交换机 选择右侧的”CLI”,对交换机配置。如下：

进入交换机的配置窗口：

图3-9 交换机的配置命令窗口图

交换机的管理IP 192.168.0.10，默认子网掩码是：255.255.255.0.

图3-10 0号交换机IP地址的配置窗口图

图3-11 1号交换机IP地址的配置窗口图

3.4 测试连通性

测试主机之间是否正确连通。进入PC0的DOS 窗口，测试和PC1的连接情况。（单击PC0→选择右侧的“Desktop”→选择“Command prompt”,可以调出PC0命令行窗口）

图3-12 PC0和PC1 不能通信图

从图中可以看出，位于同一交换机0上的不同的vlan是不能通信的，PC1属于vlan3，PC0属于vlan2

图3-13 PC3和PC4 通信成功图

从图中可以看出，位于同一交换机1上的同一的vlan是能通信的，PC4属于vlan2，PC3属于vlan2