Linux系統VLAN、三層交換和Trunk的區別

　　在Linux系統中VLAN，三層交換和Trunk是三個容易混淆的概念。如果對這三個概念只是一知半解的，就會不可避免繞一些彎路，浪費不少時間。本文就來跟大家介紹一下Linux系統VLAN、三層交換和Trunk的區別。

　　1.VLAN和三層沒有任何關系

　　如果先不提Trunk而純粹的VLAN實際上就是將多個純二層的以太網交換機合並成了一個，用軟件進行控制。合並後的交換機就是支持VLAN的交換機，參與合並的多個物理交換機如今退化成了邏輯意義上的交換機。多個物理交換機並不是傻乎乎的合並後完事，VLAN交換機的另一個意義就是可以通過各種策略指定哪個物理port屬於哪個邏輯交換機，如果讓物理交換機實現這個，就不得不涉及購置，布線等問題，這就說明了軟件真的比硬件更加靈活，以軟件為基准，硬件其實就是固化了的軟件。

　　如果想明白VLAN的含義，在Linux上配置幾個Bridge就可以了。我們知道，Linux內置了一個軟Bridge實現，通過brctl可以進行配置，一個單獨的Linux物理主機配置了N塊以太網卡，就可以簡單的模擬VLAN的概念（注意，此時還沒有引入VLAN的本質-Trunk）了：

　　a.新增一個br0，將網卡1/2/3加進去；

　　b.新增一個br1，將網卡4/5/6加進去；

　　c....

　　d.網卡1連接一個純二層交換機1；

　　e.網卡4連接一個純二層交換機2；

　　f....

　　這樣Linux主機上就存在了多個Bridge，你可以將Linux主機這個物理的機器視為一個支持VLAN的機器了。

　　VLAN交換機是一個純二層的設備。然而，如果僅僅這樣，那就沒有必要推出VLAN的概念了，VLAN到底和上述的簡單配置有什麼不同呢？這就涉及到了IEEE802.1q標准，請看下節。 上一頁123下一頁共3頁

　　2.Trunk和三層沒有任何關系

　　如果一個VLAN交換機上配置了兩個VLAN，分別為VLAN1和VLAN2，另外幾台VLAN交換機上可能也需要配置VLAN1和VLAN2，畢竟單獨一台機器的口子有限，因此對於組網，不級聯的拓撲是很少見的，現在關鍵的問題就是需要讓處在不同VLAN交換機的口子可以屬於同一個VLAN，即屬於同一個廣播域。辦法很簡單，那就是每一個VLAN用一個線將兩個VLAN交換機上屬於同一個VLAN的口子連起來，如果兩台交換機上分別有3個VLAN，那就扯3根線。。。這不得不說是一個好方法，但決不是一個妙方法。對於硬件上的體力活兒，軟件一般都能很好的解決，這一次，又是軟件幫了忙，正如VLAN的概念提出時那樣。

　　Trunk標准提出來了，所謂的Trunk就是可以讓多個VLAN在兩個交換機級聯時復用一根線，因此軟件上需要對數據幀做一些文章，以便數據幀到達另一個交換機的時候知道自己屬於哪個VLAN從而限制幀的傳輸域，802.1q正是做這個的，從而這也成了VLAN的核心。Trunk只是簡化了布線，降低了硬件成本，這是一個通過軟件降低硬件成本的絕好的例子。

　　既然Trunk可以通過多個VLAN的數據，那麼實際上Trunk是將廣播域延伸到了另外一台交換機上，而對於LAN，其廣播域延伸到哪裡，LAN也就延伸到了那裡。事實上這並不與VLAN的初衷之一-限制廣播域相沖突，Trunk將廣播透傳的時候是打著VLAN id標記的，也就是說廣播除了可以在Trunk上或者在自己VLAN內部傳輸，是決不會到達其它VLAN裡面的，如果一個廣播到達了這樣一個交換機，其上既沒有別的Trunk口，也沒有廣播攜帶的VLAN id對應的VLAN，那麼廣播也就到此為止而消失了。

　　到此為止，絲毫沒有任何第三層的概念出現。

　　3.VLAN接口的概念

　　VLAN接口的概念和Linux上Bridge的實現十分相像，就是可以為一個VLAN配置一個或者多個接口，在該接口上可以指定三層的IP地址，在VLAN的某一個口子（物理二層接口）上配置這樣一個VLAN接口（三層接口）實際上就等同於在VLAN的該口子上插入了一台三層設備，只是這台設備是一台虛擬的設備罷了，另外和真正插一台設備不同的是，由於它是處在本機內部的，因此它所配置IP地址當然也就屬於本機IP地址了，處在路由表的Local域中。

　　理解了這一點就會明白，實際上配置了VLAN接口的VLAN交換機實際上是往純VLAN交換機裡面硬塞了一台三層設備，二者合而為一，因此更能加深對“VLAN交換機是一個純二層的設備”這個觀點的認識。

　　4.LAN交換機上可以配置IP地址

　　姑且先拋開VLAN的概念，說一下LAN交換機。一般以為LAN交換機是純二層的設備，可是知道了VLAN接口的概念後，我們發現即使沒有VLAN，也是可以將一台虛擬的三層設備插入到一個LAN交換機的口子上去的，其實Linux的軟Bridge就是這樣做的，那麼內置了三層虛擬設備的LAN交換機就有了三層的功能。這是什麼呢？還是以Linux為例，在Linux上配置兩個Bridge，分別為br0，br1，在br0上配置IP地址1.1.1.1/24，在br1上配置IP地址2.2.2.2/24，我們就可以看到br0標示的一個LAN上的流量可以通過br0的IP地址被路由到br1，反之，br1標示的LAN流量也可以通過br1的IP地址路由到br0，這是什麼？這就是三層交換機，一個將路由器接口變成交換機接口的路由器，這部三層交換機上擁有兩組LAN接口，雖然可以略見VLAN的概念，但是沒有任何標准說這個三層交換機上的兩組LAN就是兩個VLAN。

　　可見，三層交換機可以和VLAN沒有關系。 上一頁12 3下一頁共3頁

　　5.以太網三層交換機

　　從上述第4節可以看出，三層交換機可以和VLAN沒有關系，然而實際情況下，三層交換機一般都支持VLAN，為何設備廠商要如此做呢？這涉及到一個工業設計的問題，工業上的設計主要關注產品的使用而不是理論上的合理性，因此將VLAN引入第4節的“兩組LAN”是最合適不過的了。

　　另外，三層交換機本質上還是偏重於“交換機”而不是“三層”，交換機的特征就是交換，所謂的交換是一個快速轉發的概念，基本都是使用硬件芯片完成的，大量的存儲芯片以空間換時間完成快速交換，這得益於以太網幀頭的簡單易操作性以及LAN交換機設計時關注了基於源MAC的自動學習和基於目標MAC的轉發，之所以能如此還是因為以太網是一個BMA，即廣播網絡，到底數據應該由誰接收不是交換機決定的，而是各個端點主機決定的，這樣的話交換機就可以模糊的進行轉發，做到盡可能的精確-通過源MAC/端口學習，大不了就廣播。這就是以太網交換的特征，三層交換機可以利用以太網交換的大量存儲芯片用來存儲IP層的路由結果，利用以太網快速交換的思想用來進行三層轉發，數據包的第一次通過還是要走三層，這相當於一次學習的過程，類似以太網的MAC/端口學習，以後的結果就可以存儲於ASCI了，這樣就完成了快速轉發。

　　6.三層交換機和路由器的區別

　　這個問題的答案鋪天蓋地，然而內容也是千篇一律，很少有人研究其背後的原因。既然以太網三層交換機可以做到一次路由多次轉發，那麼為何不再WAN上使用呢？如果僅僅是因為WAN不一定是以太網的話，那大可為了性能在WAN上引入以太網技術，這並不是主要原因，實際上，如果再深入一點看一下WAN上的路由器和接入層路由器的路由表就會恍然大悟了，WAN路由器上的表項數量十分龐大，且在BGP的影響下雖不頻繁但是還是會有刷新，如果使用硬件來轉發的話，光是對存儲空間的需求就是一個挑戰，三層交換機的快速轉發實際上用到了cache的概念，有cache就會有沖突，特別在WAN環境下，IP地址的變動，可達性信息的變動會導致大量的cache沖突，因此三層交換機帶來的收益會被馬上抵消，另外WAN環境實際上用不到很多交換機口子，因此三層交換機內部背板芯片布線對於WAN環境是不合理的。其實用不著為WAN的性能擔心，WAN路由器早就使用了類似Cisco CEF的快速轉發技術了。

　　三層交換機的使用場合是單個小型機構內部，因為這種地方的特定IP地址幾乎不會變動，路由相對穩定，IP地址總量也不多，且路由基本都能匯聚，正好符合cache最優化使用的原則，三層交換機用武之地正在於此。

　　7.VLAN間的通信

　　這個問題的方案也是鋪天蓋地，答案同樣千篇一律。VLAN間的通信方式被總結出來有兩種：1.使用單臂路由方式；2.使用三層交換方式。這好像是從CCNP/CCIE或者華為的HCSE的考試指南中流出來的，如果背下來當然是有用的，當初我考HCSE的時候還背了呢。學習到了一定程度就應該拋棄答案，回歸本質。兩個VLAN間的通信其實就是兩個LAN間的通信，兩個LAN間的通信需要一個網關來路由，那麼VLAN間通信也就需要一個網關來路由了，這個網關的選擇就多樣了，可以選擇VLAN接口，可以選擇路由器等等，最終具體屬於一個VLAN的主機在訪問另一個VLAN的主機時如何能尋址到這個三層接口，那也有很多選擇，VLAN的access鏈路上幀保持原樣，流量若要跨越交換機的級聯線，那麼需要通過Trunk鏈路，最終總能找到這個下一跳三層接口。

　　以上就是Linux系統VLAN、三層交換和Trunk的區別了，雖然三層交換機理論上可以支持VLAN和Trunk，但是這種支持只是一種模仿，遠遠不能達到替代的效果。