利用三层交换机实现 VLAN 间路由

导读	某企业有两个主要部门，技术部和销售部，分处于不同的办公室，为了安全和便于管理对两个部门的主机进行了 VLAN 的划分，技术部和销售部分处于不同的VLAN，先由于业务的需求需要销售部和技术部的主机能够相互访问，获得相应的资源，两个部门的交换机通过一台三层交换机进行了连接。

技术原理

三层交换机具备网络层的功能，实现 VLAN 相互访问的原理是：利用三层交换机的路由功能，通过识别数据包的 IP 地址，查找路由表进行选路转发，三层交换机利用直连路由可以实现不同 VLAN 之间的相互访问。三层交换机给接口配置 IP 地址。采用 SVI（交换虚拟接口）的方式实现 VLAN 间互连。SVI 是指为交换机中的VLAN 创建虚拟接口，并且配置 IP 地址。

Tag VLAN是基于交换机端口的一种类型，主要用于使交换机的相同Vlan内的主机之间可以直接访问，同时对于不同Vlan的主机进行隔离。

trunk主要用在连接其它交换机，以便在线路上承载多个vlan

WLAN是Wireless Local Area Network的简称，指应用无线通信技术将计算机设备互联起来，构成可以互相通信和实现资源共享的网络体系。

802.1x协议是WLAN第二代的认证技术，它是基于客户端-服务器（Client-Server)结构的访问控制和认证协议。它可以限制未经授权的用户/设备通过接入端口（Access Port)访问LAN/WLAN。

DOT1Q是提供VLAN识别和服务质量(QoS)级别的IEEE标准。

电气和电子工程师协会（IEEE，全称是Institute of Electrical and Electronics Engineers）是一个美国的电子技术与信息科学工程师的协会，是世界上最大的非营利性专业技术学会。

ip routing 启用IP路由功能

no ip routing 关闭IP路由功能

二层交换机与三层交换机区别

我们习惯说，在二层网络环境中相同vlan之间可以通信，不同vlan之间不可以通信，如果想通信必须借助三层设备，所以说三层交换机必须要做的事情是路由转发，但是二、三层交换机具体有什么区别呢？

二层交换机工作于OSI模型的第2层(数据链路层)，故而称为二层交换机。

二层交换技术发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下：

（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；

（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；

（4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。

二层交换技术从网桥发展到VLAN（虚拟局域网），在局域网建设和改造中得到了广泛的应用。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，它不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。

三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。

三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机。

三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。

三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

实验步骤

新建 packet tracer 拓扑图

（1）在二层交换机上配置 VLAN2、VLAN3，分别将端口 2、端口 3 划分给 VLAN2、
VLAN3。
（2）将二层交换机与三层交换机相连的端口 fa 0/1 都定义为 tag Vlan 模式。
（3）在三层交换机上配置 VLAN2、VLAN3，此时验证二层交换机 VLAN2、VLAN3
下的主机之间不能相互通信。
（4）设置三层交换机 VLAN 间的通信，创建 VLAN2,VLAN3 的虚接口，并配置
虚接口 VLAN2、VLAN3 的 IP 地址。
（5）查看三层交换机路由表。
（6）将二层交换机 VLAN2、VLAN3 下的主机默认网关分别设置为相应虚拟接口
的 IP 地址。
（7）验证二层交换机 VLAN2,VALN3 下的主机之间可以相互通信。

实验设备

Switch_2960 1 台；Swithc_3560 1 台；PC 3 台；直连线

PC1
IP: 192.168.1.2
Submark: 255.255.255.0
Gateway: 192.168.1.1
PC2
IP: 192.168.2.2
Submark: 255.255.255.0
Gateway: 192.168.2.1
PC3
IP: 192.168.1.3
Submark: 255.255.255.0
Gateway: 192.168.1.1

S2960

en
conf t
vlan 2
exit
vlan 3
exit
int fa 0/2
switchport access vlan 2
int fa 0/3
switchport access vlan 3
int fa 0/1
switchport mode trunk
end
show vlan

S3560

en
conf t
vlan 2
exit
vlan 3
exit
int fa 0/1
switchport trunk encapsulation dot1q #将0/1端口封装成dot1q协议
switchport mode trunk
exit
int fa 0/2
switchport access vlan 2
exit
interface vlan 2
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
no shutdown
exit
interface vlan 3
ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
no shutdown
exit
ip routing
exit
show ip route
show vlan
PC3 Ping PC1
Ping 192.168.1.2
PC3 Ping PC2

Ping 192.168.1.3

实战演练

二层交换机
Switch>en
Switch#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Switch(config)#vlan 2
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#vlan 3
Switch(config-vlan)#int fa 0/2
Switch(config-if)#switchport access vlan 2
Switch(config-if)#int fa 0/3
Switch(config-if)#switchport access vlan 3
Switch(config-if)#int fa 0/1
Switch(config-if)#switchport mode trunk

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to down

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/1, changed state to up

Switch(config-if)#end
Switch#
%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console

Switch#show vlan

VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Fa0/4, Fa0/5, Fa0/6, Fa0/7
Fa0/8, Fa0/9, Fa0/10, Fa0/11
Fa0/12, Fa0/13, Fa0/14, Fa0/15
Fa0/16, Fa0/17, Fa0/18, Fa0/19
Fa0/20, Fa0/21, Fa0/22, Fa0/23
Fa0/24, Gig1/1, Gig1/2
2 VLAN0002 active Fa0/2
3 VLAN0003 active Fa0/3
1002 fddi-default act/unsup
1003 token-ring-default act/unsup
1004 fddinet-default act/unsup
1005 trnet-default act/unsup

VLAN Type SAID MTU Parent RingNo BridgeNo Stp BrdgMode Trans1 Trans2
---- ----- ---------- ----- ------ ------ -------- ---- -------- ------ ------
1 enet 100001 1500 - - - - - 0 0
2 enet 100002 1500 - - - - - 0 0
3 enet 100003 1500 - - - - - 0 0
1002 fddi 101002 1500 - - - - - 0 0
--More--

三层交换机
Switch>en
Switch#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Switch(config)#vlan 2
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#vlan 3
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#int fa 0/1
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config-if)#switchport trunk allowed vlan 2,3
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int fa 0/2
Switch(config-if)#switchport access vlan 2
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int vlan 2

%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan2, changed state to up

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan2, changed state to up
Switch(config-if)#ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#int vlan 3

%LINK-5-CHANGED: Interface Vlan3, changed state to up

%LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface Vlan3, changed state to up
Switch(config-if)#ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
Switch(config-if)#no shutdown
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#ip routing
Switch(config)#exit
Switch#
%SYS-5-CONFIG_I: Configured from console by console

Switch#show ip route
Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP
i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area
* - candidate default, U - per-user static route, o - ODR
P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is not set

C 192.168.1.0/24 is directly connected, Vlan2
C 192.168.2.0/24 is directly connected, Vlan3
Switch#show vlan

VLAN Name Status Ports
---- -------------------------------- --------- -------------------------------
1 default active Fa0/3, Fa0/4, Fa0/5, Fa0/6
Fa0/7, Fa0/8, Fa0/9, Fa0/10
Fa0/11, Fa0/12, Fa0/13, Fa0/14
Fa0/15, Fa0/16, Fa0/17, Fa0/18
Fa0/19, Fa0/20, Fa0/21, Fa0/22
Fa0/23, Fa0/24, Gig0/1, Gig0/2
2 VLAN0002 active Fa0/2
3 VLAN0003 active
1002 fddi-default act/unsup
1003 token-ring-default act/unsup
1004 fddinet-default act/unsup
1005 trnet-default act/unsup

VLAN Type SAID MTU Parent RingNo BridgeNo Stp BrdgMode Trans1 Trans2
---- ----- ---------- ----- ------ ------ -------- ---- -------- ------ ------
1 enet 100001 1500 - - - - - 0 0
2 enet 100002 1500 - - - - - 0 0
3 enet 100003 1500 - - - - - 0 0
1002 fddi 101002 1500 - - - - - 0 0
--More--

测试

PC1 分别 ping PC2 和 PC3

PC>ipconfig

IP Address......................: 192.168.1.2
Subnet Mask.....................: 255.255.255.0
Default Gateway.................: 192.168.1.1

PC>ping 192.168.2.2

Pinging 192.168.2.2 with 32 bytes of data:

Request timed out.
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=25ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=20ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=20ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.2.2:
Packets: Sent = 4, Received = 3, Lost = 1 (25% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 20ms, Maximum = 25ms, Average = 21ms

PC>ping 192.168.2.2

Pinging 192.168.2.2 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=18ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=23ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=19ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=22ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.2.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 18ms, Maximum = 23ms, Average = 20ms

PC>ping 192.168.1.3

Pinging 192.168.1.3 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=15ms TTL=128
Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=19ms TTL=128
Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=15ms TTL=128
Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=14ms TTL=128

Ping statistics for 192.168.1.3:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 14ms, Maximum = 19ms, Average = 15ms

PC2 分别 ping PC1 和 PC3

PC>ipconfig

IP Address......................: 192.168.2.2
Subnet Mask.....................: 255.255.255.0
Default Gateway.................: 192.168.2.1

PC>ping 192.168.1.2

Pinging 192.168.1.2 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=24ms TTL=127
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=23ms TTL=127
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=24ms TTL=127
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=20ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.1.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 20ms, Maximum = 24ms, Average = 22ms

PC>ping 192.168.1.3

Pinging 192.168.1.3 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=13ms TTL=127
Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=17ms TTL=127
Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=19ms TTL=127
Reply from 192.168.1.3: bytes=32 time=19ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.1.3:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 13ms, Maximum = 19ms, Average = 17ms

PC3 分别 ping PC1 和 PC2

PC>ipconfig

IP Address......................: 192.168.1.3
Subnet Mask.....................: 255.255.255.0
Default Gateway.................: 192.168.1.1

PC>ping 192.168.1.2

Pinging 192.168.1.2 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=14ms TTL=128
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=17ms TTL=128
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=17ms TTL=128
Reply from 192.168.1.2: bytes=32 time=16ms TTL=128

Ping statistics for 192.168.1.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 14ms, Maximum = 17ms, Average = 16ms

PC>ping 192.168.2.2

Pinging 192.168.2.2 with 32 bytes of data:

Request timed out.
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=17ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=16ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=18ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.2.2:
Packets: Sent = 4, Received = 3, Lost = 1 (25% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 16ms, Maximum = 18ms, Average = 17ms

PC>ping 192.168.2.2

Pinging 192.168.2.2 with 32 bytes of data:

Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=15ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=17ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=14ms TTL=127
Reply from 192.168.2.2: bytes=32 time=11ms TTL=127

Ping statistics for 192.168.2.2:
Packets: Sent = 4, Received = 4, Lost = 0 (0% loss),
Approximate round trip times in milli-seconds:
Minimum = 11ms, Maximum = 17ms, Average = 14ms

本文原创地址：//q13zd.cn/three-layer-switch.html编辑：public，审核员：逄增宝

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