vlan中tag技術(shù)的研究課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　西南石油大學(xué)</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)課程設(shè)計</p><p>　　完成日期2010年 6 月 25 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要 ……………………………………………………………………………….3</p

2、><p>　　Abstract ……………………………………………………………………………3</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 交換機二層轉(zhuǎn)發(fā)原理………………………………………………………….4</p><p>　　1.1.1 MAC地址介紹………………………………………………

3、………….4</p><p>　　1.1.2 交換機二層轉(zhuǎn)發(fā)介紹…………………………………………………...4</p><p>　　1.2 VLAN概述………………………………………………………………………4</p><p>　　1.3 Tag技術(shù)介紹...................................................7</

4、p><p>　　第二章設(shè)計簡介及設(shè)計方案論述 …….….….……………….…………………..7</p><p>　　2.1 三次不同VLAN通信..............................................7</p><p>　　2.2 二層不同VLAN通信……………………………………………………………7</p><p

5、>　　第三章詳細(xì)設(shè)計……………………………………………………………..……..7</p><p>　　3.1 單臂路由實驗………………………………………………………………….7</p><p>　　3.1 二層VLAN實驗………………………………………………………………..9</p><p>　　第四章設(shè)計結(jié)果及分析……………………………………………………

6、……....9</p><p>　　4.1 單臂路由實驗結(jié)果…………………………………………………………….9</p><p>　　4.2 二層VLAN實驗結(jié)果…………………………………………………………..12</p><p>　　總 結(jié)…………………………………………………………………………………15</p><p>　　參考文獻 ………

7、……………………………………………………………………15</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　VLAN（Virtual Local Area Network）即虛擬局域網(wǎng)，是一種通過將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個個網(wǎng)段從而實現(xiàn)虛擬工作組的新興技術(shù)。IEEE于1999年頒布了用以標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實現(xiàn)方案的802.1Q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案

8、。VLAN技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)管理者將一個物理的LAN邏輯地劃分成不同，由于它是邏輯地而不是物理地劃分，所以同一個VLAN內(nèi)的各個工作站無須被放置在同一個物理空間里，即這些工作站不一定屬于同一個物理LAN網(wǎng)段。 VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了VLAN頭，即對不同VLAN傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行打標(biāo)簽，用VLAN ID把用戶劃分為更小的工作組，限制不同工作組間的用戶二層互訪，每個工作組就是一個虛擬局域網(wǎng)

9、。 </p><p>　　VLAN可以分離廣播域現(xiàn)隔離廣播,能通過劃VLAN實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的隔離！要實現(xiàn)不同VLAN間通信就需要連上路由器（三層交換機）來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，但能不能直接在二層交換機上實現(xiàn)不同VLAN 間通信呢？</p><p>　　關(guān)鍵詞：VLAN ； 廣播域；路由器；打標(biāo)簽</p><p><b>　　Abstract</b><

10、/p><p>　　Vlan （ virtual local area network ） the virtual lans, is a through the lan in physics and is not logically divided into segments in virtual one of the new technology. in 1999 to the ieee a vlan achieve

11、 standardization of 802. 1q standard of the draft protocol. vlan technology permits network managers will be a physical lan logically divided into different broadcast domains （ or a lan, vlan ），A vlan contains a set of r

12、equirements has the same computer workstations, and the physical a lan as a pro</p><p>　　Vlan to separate broadcast domains are isolated from the radio, you can pass through the implementation of separate vl

13、an different! to achieve different vlan communication is needed between even on a router （ three layers of switches ） to forward packets to, but i can directly in the second floor of its exchanges between different vlan

14、communications?</p><p>　　Keywords ： vlan ； broadcast domains ； routers ； a label</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　交換機二層轉(zhuǎn)發(fā)原理</b></p><p><b>　

15、　MAC地址介紹</b></p><p>　　MAC地址是48 bit二進制的地址，如：00-e0-fc-00-00-06。</p><p>　　可以分為單播地址、多播地址和廣播地址。</p><p>　　單播地址：第一字節(jié)最低位為0，如：00-e0-fc-00-00-06</p><p>　　多播地址：第一字節(jié)最低位為1，如：0

16、1-e0-fc-00-00-06</p><p>　　廣播地址：48位全1，如：ff-ff-ff-ff-ff-ff</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　1）普通設(shè)備網(wǎng)卡或者路由器設(shè)備路由接口的MAC地址一定是單播的MAC地址才能保證其與其它設(shè)備的互通。</p><p>　　2） MAC地址是一

17、個以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)上運行的基礎(chǔ)，也是鏈路層功能實現(xiàn)的立足點</p><p><b>　　交換機二層轉(zhuǎn)發(fā)介紹</b></p><p>　　交換機二層的轉(zhuǎn)發(fā)特性，符合802.1D網(wǎng)橋協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　交換機的二層轉(zhuǎn)發(fā)涉及到兩個關(guān)鍵的線程：地址學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)；</p><p><b>　　學(xué)習(xí)線程如

18、下：</b></p><p>　　1）交換機接收網(wǎng)段上的所有數(shù)據(jù)幀，利用接收數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址來建立MAC地址表；</p><p>　　2）端口移動機制：交換機如果發(fā)現(xiàn)一個包文的入端口和報文中源MAC地址的所在端口不同，就產(chǎn)生端口移動，將MAC地址重新學(xué)習(xí)到新的端口；</p><p>　　3）地址老化機制： 如果交換機在很長一段時間之內(nèi)沒有收到某臺主

19、機發(fā)出的報文，在該主機對應(yīng)的MAC地址就會被刪除，等下次報文來的時候會重新學(xué)習(xí)。</p><p>　　注意： 老化也是根據(jù)源MAC地址進行老化。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā):</b></p><p>　　1）交換機在MAC地址表中查找數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址，如果找到，就將該數(shù)據(jù)幀發(fā)送到相應(yīng)的端口，如果找不到，就向所有的端口發(fā)送；&

20、lt;/p><p>　　2）如果交換機收到的報文中源MAC地址和目的MAC地址所在的端口相同，則丟棄該報文；</p><p>　　3）交換機向入端口以外的其它所有端口轉(zhuǎn)發(fā)廣播報文</p><p><b>　　VLAN 概述</b></p><p>　　以太網(wǎng)是一種基于CSMA/CD（Carrier Sense Multip

21、le Access/Collision Detect，載波偵聽多路訪問/沖突檢測）的共享通訊介質(zhì)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，當(dāng)主機數(shù)目較多時會導(dǎo)致沖突嚴(yán)重、廣播泛濫、性能顯著下降甚至使網(wǎng)絡(luò)不可用等問題。通過交換機實現(xiàn)LAN互聯(lián)雖然可以解決沖突（Collision）嚴(yán)重的問題，但仍然不能隔離廣播報文。在這種情況下出現(xiàn)了VLAN（Virtual Local Area Network）技術(shù)，這種技術(shù)可以把一個LAN劃分成多個邏輯的LAN——VLAN，

22、每個VLAN是一個廣播域，VLAN內(nèi)的主機間通信就和在一個LAN內(nèi)一樣，而VLAN間則不能直接互通，這樣，廣播報文被限制在一個VLAN內(nèi)，如圖1所示。 </p><p>　　圖1 VLAN示意圖 </p><p>　　VLAN的劃分不受物理位置的限制：不在同一物理位置范圍的主機可以屬于同一個VLAN；一個VLAN包含的用戶可以連接在同一個交換機上，也可以跨越交換機，甚至可以跨越路由器。 &

23、lt;/p><p>　　VLAN的優(yōu)點如下： </p><p>　　􀁺?限制廣播域。廣播域被限制在一個VLAN內(nèi)，節(jié)省了帶寬，提高了網(wǎng)絡(luò)處理能力。 </p><p>　　􀁺?增強局域網(wǎng)的安全性。VLAN間的二層報文是相互隔離的，即一個VLAN內(nèi)的用戶不能和其它VLAN內(nèi)的用戶直接通信，如果不同VLAN要進行通信，則需通過路由器或三層交

24、換機等三層設(shè)備。 </p><p>　　􀁺?靈活構(gòu)建虛擬工作組。用VLAN可以劃分不同的用戶到不同的工作組，同一工作組的用戶也不必局限于某一固定的物理范圍，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和維護更方便靈活。 </p><p><b>　　VLAN原理 </b></p><p>　　要使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠分辨不同VLAN的報文，需要在報文中添加標(biāo)識VLAN的

25、字段。由于普通交換機工作在第二層，只能對報文的數(shù)據(jù)鏈路層封裝進行識別。因此，如果添加識別字段，也需要添加到數(shù)據(jù)鏈路層封裝中。 </p><p>　　IEEE于1999年頒布了用以標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實現(xiàn)方案的IEEE 802.1Q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案，對帶有VLAN標(biāo)識的報文結(jié)構(gòu)進行了統(tǒng)一規(guī)定。 </p><p>　　傳統(tǒng)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀在目的MAC地址和源MAC地址之后封裝的是上層協(xié)議的類型字段，如圖2

26、所示。 </p><p>　　圖2 傳統(tǒng)以太網(wǎng)幀封裝格式 </p><p>　　其中DA表示目的MAC地址，SA表示源MAC地址，Type表示報文所屬協(xié)議類型。 </p><p>　　IEEE 802.1Q協(xié)議規(guī)定在目的MAC地址和源MAC地址之后封裝4個字節(jié)的VLAN Tag，用以標(biāo)識VLAN的相關(guān)信息。 </p><p>　　圖3 VLA

27、N Tag的組成字段 </p><p>　　如圖3所示，VLAN Tag包含四個字段，分別是TPID、Priority、CFI和VLAN ID。 </p><p>　　TPID用來標(biāo)識本數(shù)據(jù)幀是帶有VLAN Tag的數(shù)據(jù)，長度為16bit，取值為0x8100。 </p><p>　　Priority表示報文的優(yōu)先級，長度為3bit， CFI字段標(biāo)識MAC地址在不同的

28、傳輸介質(zhì)中是否以標(biāo)準(zhǔn)格式進行封裝，在本章中不進行具體描述，長度為1bit。 </p><p>　　VLAN ID標(biāo)識該報文所屬VLAN的編號，長度為12bit，取值范圍為0～4095。由于0和4095為協(xié)議保留取值，所以VLAN ID的取值范圍為1～4094。 </p><p>　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用VLAN ID來識別報文所屬的VLAN，根據(jù)報文是否攜帶VLAN Tag以及攜帶的VLAN Ta

29、g值，來對報文進行處理。 </p><p><b>　　Tag技術(shù)介紹</b></p><p>　　如果交換機支持劃分VLAN，那么根據(jù)802.1Q標(biāo)準(zhǔn)，在以太網(wǎng)幀首部中的源MAC和類型字段之間再加上四字節(jié)的VLAN識別信息，位于數(shù)據(jù)幀中“發(fā)送源MAC地址”與“類別域（Type Field）”之間。具體內(nèi)容為2字節(jié)的TPID和2字節(jié)的TCI，共計4字節(jié)。在數(shù)據(jù)幀中添

30、加了4字節(jié)的內(nèi)容，那么CRC值自然也會有所變化。這時數(shù)據(jù)幀上的CRC是插入TPID、TCI后，對包括它們在內(nèi)的整個數(shù)據(jù)幀重新計算后所得的值。而當(dāng)數(shù)據(jù)幀離開匯聚鏈路時，TPID和TCI會被去除，這時還會進行一次CRC的重新計算。TPID的值，固定為0x8100。交換機通過TPID，來確定數(shù)據(jù)幀內(nèi)附加了基于IEEE802.1Q的VLAN信息。而實質(zhì)上的VLAN ID，是TCI中的12位元。由于總共有12位，因此最多可供識別4096個VL

31、AN?；贗EEE802.1Q附加的VLAN信息，就像在傳遞物品時附加的標(biāo)簽。因此，它也被稱作“標(biāo)簽型VLAN（Tagging VLAN）”。 從上面可知道交換機最多支持4096個VLAN，實際使用的只有4094個，范圍值為1-4094，0和4096不被使用是保留的另作它用。從問題上</p><p>　　第二章 設(shè)計簡介及設(shè)計方案論述</p><p>　　2.1 三層不同VLAN通

32、信實驗</p><p>　　利用packet tracer模擬器來模擬單臂路由的實驗來完成不同VLAN間通信的實驗，通過對抓包來觀察和分析交換機的Tag技術(shù)。 </p><p>　　2.2 二層不同VLAN通信實驗</p><p>　　利用packet tracer模擬器來模擬是否只用二層交換機能完成不同VLAN間的通信，也通過抓包技術(shù)來觀測和分析Tag技術(shù)，觀察

33、和分析試驗結(jié)果，得出結(jié)論。 </p><p><b>　　第三章 詳細(xì)設(shè)計</b></p><p>　　3.1 單臂路由實驗</p><p>　　3.1.1 實驗設(shè)備</p><p>　　需要設(shè)備：一個路由器，兩個交換機，雙絞線，4個PC </p><p><b>　　實

34、驗拓?fù)鋱D</b></p><p><b>　　圖3-1</b></p><p><b>　　實驗配置介紹</b></p><p>　　1：路由器的fa0/0口配置兩個子接口，分別為 192.168.20.1和192.168.30.1 ,并且封裝成dot1q。</p><p>　　2：sw

35、itch0 劃分兩個VLAN，分為為vlan20和vlan30，其中fa0/1屬于vlan20，fa0/3屬于vlan30；fa0/3接口配置成trunk鏈路；</p><p>　　3：switch1也劃分兩個VLAN，分為為vlan20和vlan30，其中fa0/1屬于vlan20，fa0/3屬于vlan30；fa0/3接口配置成trunk鏈路；</p><p>　　4：PC0配置如下：

36、ip地址為 192.168.20.100 網(wǎng)關(guān)為 192.168.20.1； </p><p>　　PC1配置如下：ip地址為 192.168.30.100 網(wǎng)關(guān)為 192.168.30.1</p><p>　　PC2配置如下：ip地址為 192.168.20.101 網(wǎng)關(guān)為 192.168.20.1</p><p>　　PC4配置如下：

37、ip地址為 192.168.30.101 網(wǎng)關(guān)為 192.168.30.1 </p><p>　　注：圖3-1中switch0和switch1的fa0/3都配置為trunk，并且兩個接口都屬于vlan1 。</p><p>　　3．1.4 實驗步驟</p><p>　　1：利用packet tracer 模擬器按照圖3-1連接好各個設(shè)備；</p>

38、<p>　　2：按照設(shè)備配置配置好各個設(shè)備；</p><p>　　3：用PC2pingPC3，觀察實驗結(jié)果，分析，得出結(jié)論；</p><p>　　4：PC0pingPC3，觀察實驗結(jié)果，分析，得出結(jié)論；</p><p>　　3.2 二層VLAN實驗</p><p>　　3.2.1 實驗設(shè)備</p><

39、;p>　　二個 2950 交換機，兩個PC，雙絞線</p><p>　　3.2.2 實驗拓?fù)?lt;/p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　3.2.3 實驗配置介紹</p><p>　　1：Switch2的fa0/1接口屬于vlan10，vlan10的ip地址為 192.168.1.1

40、掩碼 255.255.2555.0 ；</p><p>　　2：Switch3的fa0/1、fa0/2、fa0/3都屬于vlan1；</p><p>　　3：PC4和PC5的ip地址分別為：192.168.1.2 和192.168.1.3；</p><p>　　注：switch2和switch3所有接口都是access接口，沒配置trunk。 </p>

41、<p>　　3.2.4 實驗步驟</p><p>　　1: 利用packet tracer 模擬器按照圖3-2連接好，參照實驗配置配置好各個設(shè)備；</p><p>　　2：使用PC4pingPC5，觀察實驗結(jié)果，分析實驗結(jié)果，得出結(jié)論；</p><p>　　3：使用PC4ping switch2的vlan10 的ip地址 192.168.1.1，觀察

42、實驗結(jié)果，在分析，得出結(jié)論；</p><p>　　3.3.1 實驗設(shè)備</p><p>　　兩個2950交換機、4個PC、雙絞線：</p><p>　　3.3.2 實驗拓?fù)?</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　3.3.3 實驗配置介紹</p>&

43、lt;p>　　1：交換機0 的fa0/0接口屬于vlan10：交換機1的fa0/0屬于vlan20；</p><p>　　2：主機0的ip地址為192.168.1.2 掩碼為 255.255.255.0 ，屬于vlan10；主機1的ip地址為192.168.1.3 掩碼為255.255.255.0 ，屬于vlan20；主機2的ip地址為 192.168.1.4 掩碼為255.255.255.0 ，屬于vl

44、an10；主機3的ip地址為192.168.1.5 掩碼為255.255.255.0 ，屬于vlan20；</p><p>　　注：交換機0和交換1所有接口都屬于access，沒配置trunk接口；</p><p>　　第四章 設(shè)計結(jié)果及分析</p><p>　　3.1 單臂路由實驗結(jié)果</p><p>　　1: PC2pingPC3的

45、實驗結(jié)果為圖4-1</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　通過抓包得到圖4-2中陰影部分抓包得到圖4-3；</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　該實驗

46、分析及結(jié)論：由圖4-1得出PC2能夠ping同PC3。因為PC2和PC3分別屬于VLAN20和VLAN30，他們處于兩個不同的VLAN就在不同的廣播域里，因為交換機屬于數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，數(shù)據(jù)包不能穿透廣播域，要實驗通信就必須依靠路由。</p><p>　　由圖4-3可以看出在幀中目的MAC和TYPE類型之間添加了TPID和TCI,TPID的值為0x8100.TCI為0x14，交換機通過TPID，來確定數(shù)據(jù)幀內(nèi)附加了

47、基于IEEE802.1Q的VLAN信息。而實質(zhì)上的VLAN ID，是TCI中的12位元。這時數(shù)據(jù)幀上的CRC是插入TPID、TCI后，對包括它們在內(nèi)的整個數(shù)據(jù)幀重新計算后所得的值。而當(dāng)數(shù)據(jù)幀離開匯聚鏈路時，TPID和TCI會被去除，這時還會進行一次CRC的重新計算。</p><p>　　因為只有trunk鏈路才能傳遞VLAN信息，access接口不能傳遞VLAN信息。所以在所有轉(zhuǎn)包里只有trunk里傳送的數(shù)據(jù)幀里

48、才有VLAN信息。</p><p><b>　　二層VLAN實驗</b></p><p><b>　　實驗結(jié)果如下：</b></p><p>　　1：PC4pingPC5的實驗結(jié)果如圖4-4</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>

49、　　實驗分析及結(jié)論：圖4-4顯示PC4能pingPC5，因為PC4和PC5都屬于VLAN1，他們之間能相互ping通。</p><p>　　2：PC4ping192.168.1.1實驗結(jié)果如圖4-5 </p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　實驗分析及結(jié)論：PC4居然ping通了192.168.1.1 !!! <

50、/p><p>　　PC4屬于VLAN 1而 switch1的fa0/1接口屬于VLAN 10 ，不同的VLAN 在沒使用三層設(shè)備應(yīng)該是ping不通的，這是怎么回事呢？隨后我做了3.3實驗來進一步來研究。</p><p><b>　　實驗結(jié)果如下：</b></p><p>　　1：主機0ping主機1得到實驗結(jié)果如圖4-6</p>&l

51、t;p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　2：主機0 ping主機 2得到實驗結(jié)果如下圖4-7</p><p><b>　　圖 4-7</b></p><p>　　3：主機0 ping 主機3得到實驗結(jié)果如下圖4-8</p><p><b>　　圖 4-8</b

52、></p><p>　　實驗結(jié)果分析及結(jié)論：PC0無法ping通PC1，這個正常，因為PC0和PC1在同一交換機里屬于不同VLAN是ping不通的。PC0無法ping通PC2，而PC0能ping通PC3,這個怎么解釋呢？</p><p>　　因為交換機的所有接口都配置成的access接口，access接口不能轉(zhuǎn)發(fā)VLAN信息，所以想用轉(zhuǎn)包來分析也不行，通過自己分析和查資料問題終于得到

53、了解決，得到了實驗結(jié)論：</p><p>　　PC0不能ping通PC1是因為他們的屬于不同的VLAN，交換機會判斷兩個接口的VLANID，相同才能ping通。</p><p>　　PC0不能ping通PC2是因為ping的數(shù)據(jù)達(dá)到交換0的fa0/0時，交換機會去掉VLANID，而數(shù)據(jù)包由交換機的fa0/0接口接收時又加上了VLAN20的VLANID，這樣數(shù)據(jù)就能達(dá)到PC3了。</p

54、><p>　　實驗結(jié)論：交換機的access不能發(fā)送VLANtag信息；</p><p>　　交換機的access接口對VLAN（tag）的處理，數(shù)據(jù)離開access接口會去掉VLANtag，當(dāng)數(shù)據(jù)包進來時先判斷有無tag，有則丟棄，無則加上tag轉(zhuǎn)發(fā)。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通

55、過本次實驗又學(xué)習(xí)了一遍VLAN的相關(guān)內(nèi)容，最重要的是又學(xué)習(xí)到了一些新東西，tag標(biāo)簽的原理，以及總結(jié)出了trunk接口和access接口是怎樣VLAN信息的。這次課程設(shè)計收獲不少。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】CCNA Exploration:網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識 人民郵電出版社 作者：Rick Mc Donald 等<