深入理解 HCIA-VLAN：构建安全高效的网络环境

目录
深入理解 HCIA-VLAN：构建安全高效的网络环境
一、互换机基础回顾
二、VLAN 概述
三、VLAN 技能原理
四、实验验证
五、总结与预测

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在网络技能的学习旅程中，VLAN（虚拟局域网）是一个极为关键的概念，它能有用提拔网络的安全性与服从。接下来，我们将深入探讨 VLAN 技能，结合 HCIA 课程中的知识，通过详细的讲解和示例代码，资助各人更好地掌握这一技能。
一、互换机基础回顾


互换机作为数据链路层设备，与物理层的集线器（Hub）有着明显差异。Hub 采用泛红方式转发数据，所有设备共享一个辩论域，通讯服从低且存在隐私和带宽题目。而互换机通过端口线卡从硬件层面隔离辩论域，采用全双工通讯模式，能同时接收和发送数据，大大提拔了网络性能。互换机接口具备自动协商功能，可协商工作方式（如全双工、半双工）和端口速率，遵照向小兼容原则。

互换机依赖 MAC 所在表进行数据转发。当数据进入互换机，互换时机记录数据的源 MAC 所在和入接口信息，并添加到 MAC 所在表。在转发数据时，互换时机查看目的 MAC 所在，若 MAC 所在表中有对应条目，则进行定向转发；若没有，则对未知单播数据进行泛红操作，将数据从除接收端口外的其他正在工作的端口发送出去 。对于广播数据，互换时机直接泛红。别的，互换机还会抛弃一些数据，如数据要从接收端口转发出去，大概数据未通过校验等情况。MAC 所在表是动态的，存在老化时间，默认 5 分钟，若在老化时间内没有收到关于某个 MAC 所在的数据信息，该所在对应的表项将被老化删除。
二、VLAN 概述


在企业网络环境中，广播域过大大概导致安全隐患，如一台主机感抱病毒，通过广播报文大概使整个网络中的设备都受到影响。传统的分别子网方式无法解决广播流量的题目，因为互换机在转发广播报文时不处理三层数据，只依据二层信息进行泛红。为了抑制广播报文的传递范围，隔离差别部门的流量，VLAN 技能应运而生。

VLAN 即虚拟局域网，通过技能本事将一个物理的局域网在逻辑上分别成多个虚拟的局域网。每个 VLAN 是一个独立的广播域，差别 VLAN 之间的广播数据不会相互传播。我们可以把互换机上的 VLAN 理解为虚拟的互换机，通过分别 VLAN，可将一台互换机分别成多个逻辑上独立的部门，实现差别部门或业务之间的隔离。

分别 VLAN 最常用的方式是基于端口分别。比方，在一个 24 口的互换机上，可以将 1 - 10 号口分别到 VLAN 10，11 - 16 号口分别到 VLAN 20，17 - 20 号口分别到 VLAN 30 等。分别 VLAN 后，差别 VLAN 之间的设备无法直接通讯，从而实现了广播域的隔离，进步了网络的安全性。
三、VLAN 技能原理


互换机通过给数据帧添加 VLAN 标签（Tag）来识别差别的 VLAN。VLAN 标签插入在以太网帧中，包含 TPID（0x8100，表现 802.1q 协议）、优先级、CFI（一般为 0，表现经典以太网帧格式）和 VLAN ID 等字段。VLAN ID 有 12 位，可取值范围为 0 - 4095，其中 0 和 4095 被保留，现实可设置的 VLAN ID 范围是 1 - 4094 。互换机的所有端口默认属于 VLAN 1，这也是互换机在未设置时，收到广播或未知单播数据会从所有接口泛红的原因。

互换机接口有差别的链路类型，在 HCIA 阶段告急涉及 access、trunk 和 hybrid 三种。

• access 接口：告急用于毗连终端设备，如 PC、服务器等。access 接口发送的数据帧不带标签。当 access 接口接收到不带标签的数据帧时，会打上接口的 PVID（Port Default VLAN ID，接口默认 VLAN ID）；接收到带标签的数据帧时，若标签中的 VLAN ID 与接口的 PVID 相同，则接收并处理，否则抛弃。以下是将互换机接口设置为 access 并分别到 VLAN 10 的示例代码：
  

1. # 创建VLAN 10
2. vlan 10
3. quit
4. # 进入接口视图
5. interface GigabitEthernet0/0/1
6. # 将接口类型设置为access
7. port link-type access
8. # 将接口划分到VLAN 10
9. port default vlan 10
10. quit

复制代码

• trunk 接口：常用于互换机之间的毗连，答应多个 VLAN 的数据通过。trunk 接口有一个答应通过的 VLAN 列表，默认只放行 VLAN 1 。trunk 接口在发送报文时，若数据帧的 VLAN ID 与接口的 PVID 相同，则剥离标签发送；若差别，则保持原有标签发送。当 trunk 接口接收到带标签的数据帧时，会检查本地接口是否答应该 VLAN 通过，若答应则接收并进行下一步处理；接收到不带标签的数据帧时，会打上接口的 PVID 。设置 trunk 接口答应 VLAN 10 和 VLAN 20 通过的代码如下：
  

1. # 进入接口视图
2. interface GigabitEthernet0/0/3
3. # 将接口类型设置为trunk
4. port link-type trunk
5. # 允许VLAN 10和VLAN 20通过
6. port trunk allow-pass vlan 10 20
7. quit

复制代码

• hybrid 接口：功能更为机动，可根据设置决定是否剥离标签，既可以毗连终端设备，也可以毗连互换机。在现实应用中，hybrid 接口可以实现一些复杂的 VLAN 设置需求，比方实现差别 VLAN 之间的部门通讯等。由于课程中本次未详细讲解，后续我们可以进一步探讨其用法。
  

四、实验验证


为了验证 VLAN 的功能，我们进行了以下实验。实验环境包含两台互换机和多台 PC，PC 设置相同网段的 IP 所在。

• 同互换机差别 VLAN 隔离：将互换机的两个接口分别设置为 access 接口，并分别到差别的 VLAN。在 PC 上设置好 IP 所在后，原来同网段可通讯的 PC 在分别 VLAN 后无法通讯，证明白同互换机差别 VLAN 之间的隔离结果。
  
• 差别互换机同 VLAN 通讯：在两台互换机之间的毗连接口设置为 trunk 接口，并答应相应 VLAN 通过。同时，将互换机下联 PC 的接口设置为 access 接口并分别到对应的 VLAN。此时，差别互换机上属于相同 VLAN 的 PC 可以通讯，实现了差别互换机同 VLAN 的互通。
  

通过这些实验，我们直观地看到了 VLAN 技能在网络中的现实应用结果，进一步理解了 VLAN 的工作原理和设置方法。
五、总结与预测


VLAN 技能在今世网络中起着至关告急的作用，通过分别 VLAN，可以有用地隔离广播域，进步网络的安全性和性能。在学习 VLAN 的过程中，我们不但要掌握其基本概念和原理，还要通过现实操作和实验加深理解。本文先容的 access 和 trunk 接口设置只是 VLAN 技能的一部门，hybrid 接口以及 VLAN 间路由通讯等内容还有待我们进一步学习。希望各人在后续的学习中，可以或许不断探索 VLAN 技能的更多应用场景，提拔自己的网络技能程度。

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