VLAN间路由

我们已经知道两台计算机即使连接在同一台交换机上，只要所属的VLAN不同，那便无法直接进行通信。

接下来我们将要介绍如何在不同的VLAN间进行路由，从而使分属不同VLAN的主机能够互相通信。

在LAN内的通信，必须在数据帧头中指定通信目标的MAC地址。而为了获取MAC地址，TCP/IP协议下使用的是ARP。ARP主要是通过广播解析MAC地址。也就是说，如果广播报文无法到达，那么便不能解析MAC地址，也就无法直接通信。

计算机分属不同的VLAN意味着其分属不同的广播域，自然也就收不到彼此的广播报文。因此，属于不同VLAN的计算机之间无法直接互相通信。

为了能够在VLAN间通信，需要利用OSI参照模型中更高一层——网络层的信息（IP地址）来进行路由。

路由功能，一般主要由路由器提供。但在今天的局域网里，我们也经常利用带有路由功能的交换机——三层交换机（Layer 3 Switch）来实现。

接下来我们分别看看使用路由器和三层交换机进行VLAN间路由时的情况。

在使用路由器进行VLAN间路由时，与构建横跨多台交换机的VLAN时的情况类似，我们依旧会遇到“该如何连接路由器与交换机”这个问题。

路由器和交换机的接线方式，大致有以下两种：

● 将路由器与交换机上的每个VLAN分别用网线连接

● 不论VLAN有多少个，路由器与交换机都只用一条网线连接

①、“把路由器和交换机以VLAN为单位分别用网线连接”主要是将交换机上用于和路由器互联的每个端口设为访问链接，然后分别用网线与路由器上的独立端口互联。如下图所示，交换机上有2个VLAN，那么就需要在交换机上预留2个端口用于与路由器互联；路由器上同样需要有2个端口，两者之间用2条网线分别连接。

只是此方法的应用具有较大的局限性，即其扩展性较低。每增加一个新的VLAN，都需要消耗路由器的端口和交换机上的访问链接，而且还需要重新布设一条网线。路由器通常不会带有太多LAN接口的，因此新建VLAN时，为了对应增加VLAN所需的端口，就必须将路由器升级成带有多个LAN接口的高端产品，这部分成本以及重新布线所带来的开销，都限制了此方法的应用。

②、“不论VLAN数目多少，都只用一条网线连接路由器与交换机”则是当使用一条网线连接路由器与交换机、进行VLAN间路由时，需要用到汇聚链接。

具体实现过程为：首先将用于连接路由器的交换机端口设为汇聚链接，当然，路由器上的端口也必须支持汇聚链路。双方用于汇聚链路的协议自然也必须相同。接着在路由器上定义对应各个VLAN的“子接口（Sub Interface）”。尽管实际与交换机连接的物理端口只有一个，但在理论上我们可以把它分割为多个虚拟端口。

VLAN将交换机从逻辑上分割成了多台，因而用于VLAN间路由的路由器，也必须拥有分别对应各个VLAN的虚拟接口。

采用这种方法的话，即使之后在交换机上新建VLAN，仍只需要一条网线连接交换机和路由器。用户只需要在路由器上新设一个对应新VLAN的子接口就可以了。

接下来，我们将了解使用汇聚链路连接交换机与路由器时，VLAN间路由是如何进行的。如下图所示，为各台计算机以及路由器的子接口设定IP地址。

红色VLAN（VLAN ID=1）的网络地址为192.168.1.0/24，蓝色VLAN（VLAN ID=2）的网络地址为192.168.2.0/24。各计算机的MAC地址分别为A、B、C、D，路由器汇聚链接端口的MAC地址为R。交换机通过对各端口所连计算机MAC地址的学习，生成如下的MAC地址列表。

首先考虑计算机A与同一VLAN内的计算机B之间通信时的情形。

（1）计算机A发出ARP请求信息，请求解析B的MAC地址。

（2）交换机收到数据帧后，检索MAC地址列表中与收信端口同属一个VLAN的表项。

（3）结果发现，计算机B连接在端口2上，于是交换机将数据帧转发给端口2，最终计算机B收到该帧。

收发信双方同属一个VLAN之内的通信，一切处理均在交换机内完成。

那么不同VLAN间的通信呢？如果计算机A与计算机C之间要进行通信呢？

计算机A从通信目标的IP地址（192.168.2.1）得出C与本机不属于同一个网段。因此会向设定的默认网关（Default Gateway，GW）转发数据帧。在发送数据帧之前，需要先用ARP获取路由器的MAC地址。

得到路由器的MAC地址R后，接下来就是按图中所示的步骤发送往C去的数据帧。①的数据帧中目标MAC地址是路由器的地址R、但内含的目标IP地址仍是最终要通信的对象C的地址。

交换机在端口1上收到①的数据帧后，检索MAC地址列表中与端口1同属一个VLAN的表项。由于汇聚链路会被看作属于所有的VLAN，因此这时交换机的端口6也属于被参照对象。这样交换机就知道往MAC地址R发送数据帧，需要经过端口6转发。

从端口6发送数据帧时，由于它是汇聚链接，因此会被附加上VLAN识别信息。由于原先是来自红色VLAN的数据帧，因此如图中②所示，会被加上红色VLAN的识别信息后进入汇聚链路。

路由器收到②的数据帧后，确认其VLAN识别信息，由于它是属于红色VLAN的数据帧，因此由负责红色VLAN的子接口进行接收。

接着，根据路由器内部的路由表，判断该向哪里中继。

由于目标网络192.168.2.0/24是蓝色VLAN，且该网络通过子接口与路由器直连，因此只要从负责蓝色VLAN的子接口转发就可以。此时数据帧的目标MAC地址被改写成计算机C的目标地址，并且由于转发时需要经过汇聚链路，因此被附加了属于蓝色VLAN的识别信息。这就是图中③的数据帧。

交换机收到③的数据帧后，根据VLAN标识信息从MAC地址列表中检索属于蓝色VLAN的表项。由于通信目标——计算机C连接在端口3上、且端口3为普通的访问链接，因此交换机会将数据帧除去VLAN识别信息后（数据帧④）转发给端口3，最终计算机C才能成功地收到这个数据帧。