VLAN当中的TRUNK，单臂路由多臂路由

一、 VLAN与Trunk链路：构建逻辑隔离网络

1. VLAN的核心概念

• 本质：VLAN通过在二层交换机上对端口进行分组，实现广播域的隔离。属于不同VLAN的主机，即便物理上连接在同一台交换机上，也无法直接进行二层（数据链路层）通信。

• 关键作用：

  • 限制广播域：将大型广播域分割为多个小型广播域，减少网络拥塞。

  • 增强网络安全：不同部门、不同职能的主机被隔离在各自的VLAN中，防止未经授权的访问。

  • 简化网络管理：网络重构时，无需重新布线，只需重新配置VLAN即可。

2. Trunk链路（干道链路）

• 是什么：Trunk是一种特殊的交换机端口工作模式，它能够同时承载来自多个VLAN的数据流量。它通常用于连接两台交换机，或连接交换机与路由器、服务器等需要处理多VLAN流量的设备。

• 核心技术：IEEE 802.1Q协议。为了在一条物理链路上区分不同VLAN的帧，802.1Q协议在原始以太网帧的源MAC地址和类型字段之间插入一个4字节的VLAN标签（VLAN Tag）。这个标签包含了VLAN ID等信息，从而在逻辑上实现了数据流的分离。

• Native VLAN（本地VLAN）：

  • 概念：Trunk链路上会指定一个“本地VLAN”，默认情况下是VLAN 1。

  • 工作方式：来自Native VLAN的数据帧在通过Trunk链路时，可以不打802.1Q标签，以普通以太网帧的格式传输。当对端设备收到一个不带标签的帧时，它会默认将该帧划入Native VLAN。

  • 常考陷阱：考题中经常利用Native VLAN的特性来设置陷阱，例如询问“Trunk链路上是否所有帧都带标签”，正确答案是“不一定”，因为它可能包含来自Native VLAN的无标签帧。

二、 VLAN间通信：路由的必要性

• 核心规则：不同VLAN之间的通信必须通过三层设备（如路由器或三层交换机）进行路由转发。因为VLAN隔离了二层广播域，不同VLAN的主机位于不同的IP子网，所以它们之间的通信需要经过路由器来完成。

本部分重点介绍两种基于路由器的VLAN间通信技术：多臂路由和单臂路由。

1. 多臂路由（Multi-arm Router）

• 工作原理：

  • 一个物理接口负责一个VLAN。路由器使用多个物理接口，每个接口通过一条物理线路连接到交换机，并被配置为该VLAN的网关。

  • 交换机上与路由器接口相连的端口必须设置为对应的Access模式，确保该端口只属于一个VLAN。

• 图示：

  +-----------+       +-----------+       +-----------+
  |   Router  |       |   Switch  |       |   Hosts   |
  |  (eth0)---|-------|----(port1)|------>| VLAN 10   |
  |           |       |           |       | (网段 A)  |
  |  (eth1)---|-------|----(port2)|------>| VLAN 20   |
  |           |       |           |       | (网段 B)  |
  +-----------+       +-----------+       +-----------+
  

• 优缺点分析：

  • 优点：配置简单直观。

  • 缺点：非常浪费路由器的物理接口和交换机端口，可扩展性差。每增加一个VLAN，就需要额外增加一个物理接口和一条物理线路。

2. 单臂路由（Router-on-a-Stick）

• 工作原理：

  • 一个物理接口负责所有VLAN。路由器只使用一个物理接口连接到交换机，并通过在该接口上创建多个**逻辑子接口（Sub-interface）**来处理不同VLAN的流量。

  • 与路由器相连的交换机端口必须设置为Trunk模式。

  • 每个子接口都配置一个IP地址（作为对应VLAN的网关）并启用802.1Q封装，从而能够识别和处理带标签的帧。

• 数据流向：当VLAN A的主机要访问VLAN B的主机时，数据包首先会被发送到VLAN A的默认网关（即路由器的子接口A的IP地址）。交换机将带有VLAN A标签的帧通过Trunk链路转发给路由器。路由器在内部进行路由决策，发现目的IP属于VLAN B，于是将数据包的VLAN标签从A改为B，再从同一个物理接口送回交换机。交换机根据新的VLAN B标签，将帧转发给VLAN B的主机。

• 图示：

  +-----------+        Trunk Link (802.1Q Tagging)
  |   Router  |        +-----------------+
  |  (eth0)---|--------|    Switch       |
  |  - .10    |        |                 |
  |  - .20    |        | port1(Access)---|--> VLAN 10
  +-----------+        | port2(Access)---|--> VLAN 20
                       +-----------------+
  

• 优缺点分析：

  • 优点：节省路由器的物理接口，扩展性好，只需在路由器上配置新的子接口即可。

  • 缺点：所有VLAN的流量都集中在一条链路上，容易形成性能瓶颈。路由器的软件路由性能通常不如三层交换机的硬件路由，因此在数据量较大的网络中不常用。

三、 三种VLAN间通信方案比较与考点总结

考点总结与命题方向：

• 概念辨析：Access vs Trunk端口；VLAN与广播域的关系。

• 原理流程：单臂路由的工作流程是常考简答题，务必清晰阐述“Trunk链路”和“子接口（802.1Q封装）”这两个关键点。

• 优劣比较：三层交换机相对于单臂路由的优势（性能、效率）是常考的选择题或简答题。

• 帧格式：802.1Q帧和普通以太网帧的区别，以及Native VLAN带来的特殊情况。