چرا VLAN ها به کمک برای ارتباط نیاز دارند
VLAN ها، که پیشتر در این مجموعه بحث شد، عمداً دامنههای پخش را از یکدیگر در لایه ۲ ایزوله میکنند — یک دستگاه در VLAN 10 نمیتواند مستقیماً فریمها را با یک دستگاه در VLAN 20 صرفاً از طریق سوئیچینگ تبادل کند. اما اپلیکیشنهای واقعی مکرراً دقیقاً به این نوع ارتباط میان-VLAN نیاز دارند، مانند PC یک کاربر در یک VLAN که نیاز دارد به یک سرور فایل در VLAN دیگر برسد. این نیازمند یک دستگاه لایه ۳ برای مسیریابی ترافیک بین VLAN هاست، فرآیندی به نام Inter-VLAN Routing (مسیریابی بین-VLAN).
رویکرد اول: Router-on-a-Stick
رویکرد اصلی به مسیریابی بین-VLAN یک اینترفیس روتر واحد را به یک لینک ترانک سوئیچ، که پیشتر در این مجموعه بحث شد، متصل میکند، و آن یک اینترفیس فیزیکی را به چند Subinterfaces (زیراینترفیس) منطقی، یکی بهازای هر VLAN، تقسیم میکند.
Router(config)# interface gigabitethernet 0/0
Router(config-if)# no shutdown
Router(config-if)# exit
Router(config)# interface gigabitethernet 0/0.10
Router(config-subif)# encapsulation dot1Q 10
Router(config-subif)# ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
Router(config-subif)# exit
Router(config)# interface gigabitethernet 0/0.20
Router(config-subif)# encapsulation dot1Q 20
Router(config-subif)# ip address 192.168.20.1 255.255.255.0هر زیراینترفیس طوری عمل میکند انگار یک اینترفیس فیزیکی جداگانه برای هدف مسیریابی است، با encapsulation dot1Q 10 که به روتر میگوید فریمهای تگشده با 802.1Q، که پیشتر در این مجموعه بحث شد، بهطور خاص برای VLAN 10 روی آن زیراینترفیس منطقی را انتظار داشته باشد و پردازش کند، در حالی که ترافیک VLAN 20 بهطور یکسان روی زیراینترفیس خودش مدیریت میشود.
-- پیکربندی متناظر سمت-سوئیچ ترانک
Switch(config)# interface gigabitethernet 1/0/24
Switch(config-if)# switchport mode trunk
Switch(config-if)# switchport trunk allowed vlan 10,20نام "router-on-a-stick" این توپولوژی را بهطور بصری توصیف میکند: یک لینک فیزیکی واحد ("چوب") روتر را به سوئیچ متصل میکند، و همه ترافیک بین-VLAN را از میان آن یک اتصال حمل میکند.
محدودیت پهنای باند Router-on-a-Stick
هر بسته مسیریابیشده بین VLAN ها باید بهطور فیزیکی از میان لینک ترانک واحد دو بار عبور کند — یکبار ورود به روتر از VLAN منبع، یکبار خروج بهسمت VLAN مقصد — چون زیراینترفیسهای یک روتر هیچ اتصال مستقیمی با یکدیگر ندارند بهجز از میان آن لینک فیزیکی مشترک.
مثال جریان ترافیک:
PC در VLAN 10 → سوئیچ → لینک ترانک → روتر
روتر بسته را مسیریابی میکند → لینک ترانک (دوباره) → سوئیچ → PC در VLAN 20
این یعنی همه ترافیک بین-VLAN توسط پهنای باند
آن یک لینک فیزیکی محدود میشود، و در شبکههایی
با حجم قابلتوجه ترافیک بین-VLAN به یک
گلوگاه تبدیل میشودرویکرد دوم: Switch Virtual Interface روی یک سوئیچ لایه ۳
شبکههای مدرن معمولاً این گلوگاه را با استفاده از یک Layer 3 Switch (سوئیچ لایه ۳)، سوئیچی قادر به انجام مسیریابی IP داخلاً با استفاده از سختافزار اختصاصی، ترکیبشده با Switch Virtual Interfaces (SVIs) — اینترفیسهای منطقی لایه ۳ که هر VLAN را مستقیماً روی خود سوئیچ نمایش میدهند، حل میکنند، و کاملاً نیاز به یک روتر خارجی را حذف میکنند.
Switch(config)# ip routing
-- این یک دستور واحد قابلیت مسیریابی لایه ۳ را
-- روی سوئیچی که آن را پشتیبانی میکند فعال میکند
Switch(config)# interface vlan 10
Switch(config-if)# ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
Switch(config-if)# no shutdown
Switch(config)# interface vlan 20
Switch(config-if)# ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
Switch(config-if)# no shutdownبا SVI های پیکربندیشده و ip routing فعالشده، سوئیچ ترافیک را بین VLAN ها کاملاً داخلاً، با سرعت شتابیافته توسط سختافزار، مسیریابی میکند، بدون نیاز به فرستادن ترافیک به یک دستگاه خارجی و بازگشت — که گلوگاهی که router-on-a-stick از آن رنج میبرد را حذف میکند.
مقایسه دو رویکرد
Router-on-a-Stick:
- از یک روتر فیزیکی جداگانه استفاده میکند
- پهنای باند توسط لینک ترانک واحد محدود میشود
- سادهتر و ارزانتر برای شبکههای کوچک با
یک روتر ازقبلموجود اما بدون سوئیچ لایه ۳
- رایج در سناریوهای لب، لب خانگی، و شعبه-کوچک
سوئیچ لایه ۳ با SVI ها:
- مسیریابی داخلاً در سختافزار سوئیچ رخ میدهد
- بدون گلوگاه لینک-ترانک برای ترافیک بین-VLAN
- نیازمند یک سوئیچ قادر-به-لایه۳ است (گرانتر)
- رویکرد استاندارد در شبکههای کمپاس سازمانیتقریباً همه طراحیهای شبکه سازمانی مدرن از سوئیچهای لایه ۳ با SVI ها در لایه توزیع یا هسته بهطور خاص برای اجتناب از گلوگاه router-on-a-stick استفاده میکنند، و router-on-a-stick را برای استقرارهای کوچکتر، محیطهای لب، یا سناریوهایی که یک سوئیچ لایه ۳ واقعاً در دسترس نیست رزرو میکنند.
تأیید مسیریابی بین-VLAN
Switch# show ip interface brief
Interface IP-Address Status Protocol
Vlan10 192.168.10.1 up up
Vlan20 192.168.20.1 up up
Switch# show ip route
C 192.168.10.0/24 is directly connected, Vlan10
C 192.168.20.0/24 is directly connected, Vlan20وقتی SVI ها با no shutdown پیکربندی شوند و حداقل یک پورت فعال در هر VLAN متناظر وجود داشته باشد، جدول مسیریابی، که پیشتر در این مجموعه بحث شد، بهطور خودکار با یک مسیر مستقیماً-متصل برای زیرشبکه هر VLAN پر میشود، و سوئیچ بدون هیچ پیکربندی اضافیای شروع به مسیریابی بین آنها میکند.
یک دام رایج عیبیابی
یک SVI از نظر اداری و عملیاتی down باقی میماند اگر هیچ پورت فیزیکی فعال (up) در حال حاضر به آن VLAN تعلق نداشته باشد — یک SVI نمیتواند برای یک VLAN بدون پورت عضو زنده up شود، حتی اگر بهدرستی با no shutdown و یک آدرس IP معتبر پیکربندی شده باشد.
Switch# show interfaces vlan 30
Vlan30 is down, line protocol is down
-- علت رایج: هیچ پورتی در حال حاضر در VLAN 30 نیست،
-- یا هر پورت اختصاصیافته به VLAN 30
-- از نظر اداری shut down یا فیزیکاً قطع شده استچرا مسیریابی بین-VLAN تصویر لایه ۲/لایه ۳ را کامل میکند
مسیریابی بین-VLAN پل ضروری اتصالدهنده بخشبندی لایه ۲ که پیشتر در این مجموعه بحث شد با مفاهیم مسیریابی لایه ۳ که حتی زودتر معرفی شد است — بدون آن، VLAN ها ایزولهسازی فراهم میکردند اما هیچ راه کنترلشدهای برای دستگاههای مرتبط مشروع برای ارتباط نبود. درک هر دو رویکرد پیکربندی، و دانستن اینکه هر کدام چه زمانی انتخاب معماری درست است، برای طراحی هر شبکه سازمانی با بیش از یک VLAN بنیادین است.