三层交换实验：实现不同 VLAN 间通信的详细探究
三层交换
三层交换技术是将二层交换技术和三层路由技术结合起来的一种网络技术。它在数据链路层实现数据帧的高速转发，同时在网络层具备路由功能，能够根据 IP 地址进行数据包的转发，实现不同网段或 VLAN 之间的通信。
实验原理
- VLAN 划分：通过在交换机上创建不同的 VLAN，将连接在交换机上的设备划分到不同的逻辑网络中。不同 VLAN 之间的设备在二层是相互隔离的，无法直接通信。
- 三层路由：三层交换机具有路由功能，为每个 VLAN 配置相应的 IP 地址和子网掩码，这些地址作为 VLAN 内设备的网关。当数据包从一个 VLAN 的设备发送到另一个 VLAN 的设备时，三层交换机根据数据包的目的 IP 地址，在三层进行路由查找，确定转发路径，并将数据包转发到目的 VLAN 的设备。
实验目的
- 理解三层交换技术的工作原理，包括 VLAN 划分、路由配置以及数据转发过程。
- 掌握三层交换机的基本配置方法，能够实现不同 VLAN 之间的通信。
- 通过实验培养网络组建和故障排除能力，加深对网络层次结构和通信原理的理解
实验拓扑
实验需求
- 按照拓扑图示为 PC2 、PC3和PC4 配置 IP 地址和网关
- PC2 属于 VLAN10，PC3 属于 VlLAN20，PC4属于 VLAN30，在三层交换机上配置 Vlanif 三层接口实现 Vlan10、Vlan20和 VLAN30 三层互通
- PC2、PC3 和PC4可以互通
实验步骤
-
按照拓扑图示给各个PC 配置 IP 地址和网关
-
PC2 属于 VLAN10，PC3 属于 VLAN20，PC4属于 VLAN30，在三层交换机上配置 Vlanif 三层接口实现 VLAN10、VLAN20和VLAN30 三层互通
分析：在三层交换机上实现 VLAN 间的路由互通，只需要对每个 VLAN 开启 Vlanif 三层接口，并配置对应网段的网关地址
步骤 1：在 SW1 上创建 VLAN10、VLAN20和 VLAN30，并把 g1/0/1 接口加入 VLAN10，把 g1/0/2 接口加入 VLAN20，把 g1/0/3 接口加入 VLAN30[SW1]vlan 10 [SW1-vlan10]port g1/0/1 [SW1-vlan10]vlan 20 [SW1-vlan20]port g1/0/2 [SW1-vlan20]vlan 30 [SW1-vlan30]port g1/0/3步骤 2：在 SW1 上对 VLAN10、 VLAN20 和 VLAN30 开启 Vlanif 接口，并配置 Vlanif10 接口 IP 地址为 VLAN10 的网关地址 192.168.1.254/24，配置 Vlanif20 接口 IP 地址为 VLAN20 的网关地址 192.168.2.254/24、配置 Vlanif20 接口 IP 地址为 VLAN30 的网关地址 192.168.3.254/24
[SW1]interface Vlan-interface 10 [SW1-Vlan-interface10]ip add 192.168.1.254 24[SW1]interface Vlan-interface 20 [SW1-Vlan-interface20]ip address 192.168.2.254 24[SW1]interface Vlan-interface 30 [SW1-Vlan-interface30]ip address 192.168.3.254 24分析：配置结束后，在 SW1 上查看路由表，会发现已经产生了到达192.168.1.0/24网段和192.168.2.0/24网段以及192.168.3.0/24网段的直连路由，出接口分别指向各自 Vlanif 接口，证明 SW1 已经可以对 VLAN10、 VLAN20和 VLAN30 间的数据进行三层转发了
-
测试:PC2、PC3 和PC4可以互通
关于三层交换实验的理解
- 二层交换与三层路由融合： 三层交换技术将二层交换技术和三层路由技术结合起来。在实验中，二层交换体现为交换机在数据链路层对数据帧进行高速转发，像在同一个 VLAN 内的设备之间通信，交换机能够快速识别 MAC 地址并转发数据帧。而三层路由功能则是当不同 VLAN 之间的设备进行通信时，交换机根据数据包的目的 IP 地址进行路由查找和转发，实现跨网段通信。例如，PC2（VLAN10）与 PC3（VLAN20）通信时，三层交换机就发挥了路由功能。
- VLAN 划分与隔离： VLAN 划分是三层交换的重要基础。通过在交换机上创建不同的 VLAN（如实验中的 VLAN10、VLAN20 和 VLAN30），将连接在交换机上的设备划分到不同的逻辑网络中。不同 VLAN 之间的设备在二层是相互隔离的，无法直接通信，这增强了网络的安全性和可管理性。例如，将不同部门的设备划分到不同 VLAN 中，可以限制部门之间的非法访问。
- 三层路由转发： 三层交换机为每个 VLAN 配置相应的 IP 地址和子网掩码作为网关。当数据包从一个 VLAN 的设备发送到另一个 VLAN 的设备时，交换机根据数据包的目的 IP 地址在三层进行路由查找，确定转发路径，并将数据包转发到目的 VLAN 的设备。在实验中，配置 Vlanif 三层接口并设置网关地址后，交换机就能够实现不同 VLAN 之间的数据转发。
适用场景
- 企业园区网络： 企业内部通常有多个部门，每个部门可能有不同的业务需求和安全策略。通过三层交换技术，可以将不同部门划分到不同的 VLAN 中，实现部门之间的隔离和安全控制，同时又能通过三层路由实现部门之间必要的通信。
- 校园网络： 学校的教学楼、办公楼、图书馆等不同区域的网络可以通过三层交换进行连接和管理。可以为不同的院系、教学区域划分 VLAN，实现网络的灵活配置和管理，同时保证网络的高效运行和安全性。
- 数据中心网络： 在数据中心中，不同的服务器群组可能需要进行隔离和通信控制。三层交换技术可以将服务器划分到不同的 VLAN 中，并根据业务需求配置路由策略，实现服务器之间的安全、高效通信。