VLAN技術在網絡通信的實驗設計

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摘要：在網絡配置與管理教學中，虛擬局域網vlan是一個重要且常用網絡技術。為了讓學生對VLAN技術的掌握與學習，本文結合VLAN的特點，在思科模擬器上對不同VLAN間通信進行仿真實驗，這里介紹了單交換機，跨交換機，三層交換機及單臂路由來實現VLAN間的通信，通過實驗現象與結果展示，從而達到良好的教學效果。

關鍵詞：VLAN；交換機；三層交換機；單臂路由；虛擬局域網

隨著網絡技術的快速發展與改進，技術不斷升級跟進，大部分高校的校園主干網的帶寬都達到了千兆，部分高校甚至達到了萬兆。雖然我國校園網絡的基礎建設、安全架構與網絡規范等方面在不斷發展中，特別是校園網存在著不合理的管理與設計，導致校園網網絡安全存在很多隱患。例如，經常發生被黑客入侵，無端遭受病毒干擾，重要信息被泄露，數據被盜取、被破壞等現象，甚至網絡未進行局域網設計，一臺主機中毒后，導致全網的主機網絡癱瘓，這些問題對我國當前校園網網絡安全是極大的挑戰，因此，用來阻隔網絡間的vlan技術得到廣泛的應用[1-4]。因此，網絡安全性對所有有著眾多科研項目的高校來說至關重要，也是廣大學者最熱衷的研究對象之一，特別是虛擬局域網vlan技術的設計與對網絡安全性是高校甚至企業單位對網絡的安全、高效通信的迫切要求，該研究廣泛應用于高校，醫院，氣象局中等企事業單位中[5-8]。多年來，網絡的管理與維護是科研工作者一直熱衷的項目。

1VLAN技術概述

虛擬局域網需要對局域網內的設備在邏輯上劃分成一個個網段的技術進行邏輯劃分，即在物理網絡上進一步劃分邏輯網絡[9]。這種技術不僅提高了網絡運行效率，突破地理位置限制，易排查網絡故障，減少網絡管理員的工作時間和工作壓力，還提升了網絡的安全性。目前，也是各大高?；蚱笫聵I單位最常用的一種網絡設計方法。VLAN技術的實現方法，大致可以分為以下幾種。基于端口的VLAN、基于MAC地址的VLAN、基于網絡層的VLAN、基于IP組播的VLAN。

2實驗方案與設計

利用虛擬局域網實現劃分網絡，實驗設計為單臺交換機與跨交換機實現相同vlan間的通信，三層交換機和路由器可以實現不同vlan間通信。

2.1實驗目的與要求

在校園網的局域網設計中，分為接入層交換機和匯聚層換機，在接入層交換機一般為二層交換機，這類交換機具有端口密度大，價格便宜，但是傳輸速率較低。匯聚層交換機采用的是三層交換機，主要是高速處理接入層眾多設備間數據傳輸能力，這類交換機接口較少但是傳輸速率較高。三層交換機不僅具有二層交換的功能，還具有路由器功能，能實現不同網絡間的互聯。本實驗，分別在單層交換機、跨二層交換機、三層交換機以及單臂路由上實現對VLAN劃分，通過實驗驗證VLAN間主機通信情況。

2.2實驗器材

本研究根據高校計算機網絡實驗教學的現狀和特點。在CiscoPacketTracer模擬器進行實驗仿真。構建網絡拓撲圖，進行驗證網絡實時運行情況。電腦配置：處理器：AMD6-3420MAPU1.5GHZ，操作系統：4G64位操作系統。實驗仿真設備：二層交換機Switch2950、三層交換機、路由器.

3實驗內容與仿真

3.1單臺Switch實現虛擬局域網

VLAN假設學校的校園網建設中有2個部門。實驗步驟：（1）置PC機的IP地址及子網掩碼。（2）交換機上分別創建vlan11、vlan22，不同的VLAN對應的不同的部門。（3）交換機相應的端口加入到相應的VLAN中。（4）驗驗證與測試。核心代碼如下：Switch（config）#vlan11//創建vlan11Switch（config-vlan）#vlan22//創建vlan22Switch（config-vlan）#exitSwitch1（config）#interfacerangefastEthernet0/1-2//選擇交換機fa0/1-2端口Switch1（config-if）#switchportmodeaccess//將端口設置為access模式Switch1（config-if）#switchportaccessvlan11//端口設置加入到vlan11Switch1（config-if-range）#intfa0/3Switch1（config-if）#swimodeaccessSwitch1（config-if）#swiaccessvlan22實驗結果如圖2。通過測試得出位于相同vlan間PC1與PC2是可以相互通信的，而位于不同VLAN的PC1，PC3通信無法通信，見圖2，實驗表明即使位于同一個交換機上不同vlan間也不能相互通信。

3.2跨交換機的實現虛擬局域網

VLAN當屬于同一個VLAN成員分布在不同交換機的端口時，要實現VLAN內部成員間通信，讓交換機間互聯鏈路匯集到一條鏈路上，即交換機的主干鏈路或中繼鏈路。各個VLAN的數據通過該鏈路進行通信。實驗步驟：（1）C機的IP地址及子網掩碼。（2）交換機與交換機的主干鏈路端口配置為Trunk模式。（3）在每臺交換機上創建不同的VLAN，再將相應的端口加入對應的VLAN中（方法同在每個交換機上進行單臺交換機的配置方法）。（4）實驗驗證與測試。核心代碼如下：Switch_A（config）#vlan11Switch_A（config-vlan）#intfa0/1Switch_A（config-if）#switchportmodeaccessSwitch_A（config-if）#switchportaccessvlan11Switch_A（config-if）#exitSwitc_A（config）#intfa0/3Switc_A（config-if）#switchportmodetrunk//將交換機與交換機的相連的fa/3端口設置為trunk模式Switc_A（config-if）#exit繼續對交換機Switch_B創建不同VLAN，將端口fa0/1，fa0/2加入到相應的VLAN中，fa0/3設置為trunk模式。實驗結果：經過測試所得，PC4可以跟PC5通信，見圖4，而不能跟PC6連通。實驗表明只要屬于相同VLAN，就算位于不同的交換機上也可以進行通信。實驗說明位于不同交換機上相同的VLAN的PC4，PC5可以相互通信.

3.3三層交換機實現VLAN間的通信

同一個局域網中各個子網的互聯以及VLAN間的路由使用三層交換機。三層交換機要是VLAN間的通信需要，需要在三層交換機上創建虛擬子接口SVI，并設置虛擬接口的IP地址，作為VLAN的網關地址，這樣才可以實現虛擬子接口間的路由進行VLAN間相互通信。實驗步驟：（1）配置PC機的IP地址、子網掩碼及網關。（2）在三層交換機上創建不同vlan，并將相應三層交換機端口加入到對應局域網中；（或者分別在二層交換機上創建VLAN，這里，二層交換機與三層交換機鏈接的接口，均要設置為trunk模式）。（3）三層交換機上創建虛擬子接口并配置IP地址和子網掩碼。（4）開啟三層交換機的路由功能核心代碼如下：MUL_Switch（config）#vlan10MUL_Switch（config-vlan）#vlan20//創建虛擬子接口MUL_Switch（config-vlan）#intfa0/1MUL_Switch（config-if）#swimodeaccessMUL_Switch（config-if）#swiaccessvlan10//將端口加入相應的虛擬子接口中MUL_Switch（config-if）#intvlan10MUL_Switch（config-if）#ipadd192.168.10.7255.255.255.0//對虛擬子接口配置IP參數MUL_Switch（config-if）#noshutdown繼續對三層交換機fa0/2端口加入虛擬子接口vlan20，并配置子接口的IP參數.

3.4單臂路由實現

VLAN間的通信單臂路由是指在路由器的一個物理接口上通過配置子接口的方式，實現VLAN間的相互通信。子接口是依附于路由器物理接口的邏輯接口，一個物理接口可以衍生多個邏輯子接口，屬于同一個物理接口的多個邏輯子接口可以共用物理接口的物理配置參數，還具有各自獨立的連接層和網絡層配置參數。實驗步驟：（1）配置PC機的IP地址、子網掩碼、網關。（2）在交換機上創建虛擬局域網，分別將交換機相應的端口加入到相應虛擬局域網中。（3）將交換機與路由器相連的端口配置為trunk模式。（4）在路由器的以太網物理接口創建邏輯子接口，將子接口劃分到相應的VLAN中，并使用IEEE802.1Q協議封裝。

4結束語

VLAN技術作為計算機網絡管理與維護中重要的章節，本實驗在VLAN的劃分技術中，主要從單交換機、夸交換機、單臂路由以及三層交換機來進行實驗，通過實驗配置與實驗結果可以幫助學生更好的理解網絡中現象，培養學生的動手能力和分析能力，在理論和實踐中實現對VLAN技術的掌握。

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作者：黃竹芹 宋華 楊云霞