小知识 get：利用单臂路由实现VLAN间路由

原理概述

以太网中，通常会使用VLAN技术隔离二层广播域来减少广播的影响，并增强网络的安全性和可管理性。其缺点是同时也严格地隔离了不同VLAN之间的任何二层流量，使分属于不同VLAN的用户不能直接互相通信。在现实中，经常会出现某些用户需要跨越VLAN实现通信的情况，单臂路由技术就是解决VLAN间通信的一种方法。

单臂路由的原理是通过一台路由器， 使VLAN间互通数据通过路由器进行三层转发。如果在路由器上为每个VLAN分配一个单独的路由器物理接口，随着VLAN数量的增加，必然需要更多的接口，而路由器能提供的接口数量比较有限，所以在路由器的一个物理接口上通过配置子接口(即逻辑接口)的方式来实现以一当多的功能，将是一种非常好的方式。路由器同一物理接口的不同子接口作为不同VLAN的默认网关，当不同VLAN间的用户主机需要通信时，只需将数据包发送给网关，网关处理后再发送至目的主机所在VLAN,从而实现VLAN间通信。由于从拓扑结构图，上看，在交换机与路由器之间，数据仅通过- -条物理链路传输，故被形象地称之为“单臂路由”。

内容说明

这个实验模拟的是公司网络场景。路由器R1是公司的出口网关，员工PC通过接入层交换|机(如S2和S3)接入公司网络，接入层交换机又通过汇聚交换机S1与路由器R1相连。公司内部网络通过划分不同的VLAN隔离了不同部门之间的二层通信，保证各部门间的信息安全，但是由于业务需要，经理、市场部和人事部之间需要能实现跨VLAN通信，网络管理员决定借助路由器的三层功能，通过配置单臂路由来实现。

实验拓扑

利用单臂路由实现VLAN间路由拓扑如图3-5所示。

实验编址

实验编址见表3-4。

实验步骤

1.创建VLAN并配置Access、 Trunk接口

公司为保障各部门的信息安全，需保证隔离不同部门间的二层通信，规划各部门的终端属于不同的VLAN,并为PC配置相应IP地址。

在S2.上创建VLAN10和VLAN20，把连接PC-1的E0/0/1和连接PC-2的E0/0/2接口配置为Access类型接口，并分别划分到相应的VLAN中。

在S3上創建VLAN 30,把迩接PC-3的E 0/0/1接口配畳カAccess尖型接口，并分到VLAN 30

交换机之间或交换机和路由器之间相连的接口需要传递多个VLAN信息，需要配置

成Trunk接口。

将S2和S3的GE 0/0/2接口配置成Trunk类型接口，并允许所有VLAN通过。.

在S1上创建VLAN10、VLAN20和VLAN30,并配置交换机和路由器相连的接口为Trunk,允许所有VLAN通过。 

2.配置路由器子接口和IP地址

由于路由器R1只有一个实际的物理接口与交换机S1相连，可以在路由器.上配置不同的逻辑子接口来作为不同VLAN的网关，从而达到节省路由器接口的目的。

在R1上创建子接口GE 0/0/1.1,配置IP地址192.168.1.254/24,作为人事部网关地址。

在R1上创建子接口GE 0/0/1.2,配置IP地址192.168.2.254/24,作为市场部网关地址。 

在R1上创建子接口GE 0/0/1.3，配置IP地址192.168.3.254/24，作为经理的网关地址。

 在PC-1、PC-2和PC-3上配置IP和相应的网关地址后，在PC-1.上测试与PC-2和PC-3间的连通性。

可以观察到，通信仍然无法建立。

3.配置路由器子接口封装VLAN

虽然目前已经创建了不同的子接口，并配置了相关IP地址，但是仍然无法通信。这是由于处于不同VLAN下，不同网段的PC间要实现互相通信，数据包必须通过路由器进行中转。由S1发送到R1的数据都加上了VLAN标签，而路由器作为三层设备，默认无法处理带了VLAN标签的数据包。因此需要在路由器上的子接口下配置对应VLAN的封装，使路由器能够识别和处理VLAN标签，包括剥离和封装VLAN标签。

在R1的子接口GE 0/0/1.1.上封装VLAN 10,在子接口GE 0/0/1.2上封装VLAN 20,在子接口GE 0/0/1.3.上封装VLAN30，并开启子接口的ARP广播功能。

使用dot1q termination vid命令配置子接口对一层tag报文的终结功能。即配置该命令后，路由器子接口在接收带有VLAN tag的报文时，将剥掉tag进行三层转发，在发送报文时，会将与该子接口对应VLAN的VLAN tag添加到报文中。

使用arp broadcast enable命令开启子接口的ARP广播功能。如果不配置该命令，将会导致该子接口无法主动发送ARP广播报文，以及向外转发IP报文。

同理配置R1的子接口GE 0/0/1.2和GE 0/0/1.3。

配置完成后，在路由器R1上查看接口状态。

可以观察到，3个子接口的物理状态和协议状态都正常。

插卡路由器R1的路由由表。

可以观察到，路由表中已经有了192.168.1.0/24、 192.168.2.0/24、 192.168.3.0/24 的路由条目，并且都是路由器R1的直连路由，类似于路由器上的直连物理接口。

在PC-1上分别测试与网关地址192.168.1.254和PC-2 间的连通性。

可以观察到，通信正常。在PC-1上Tracert PC-2.

可以观察到PC-1先把ping包发送给自身的网关192.168.1.254，然后再由网关发送

到PC-2。

现以PC-1 ping PC-2为例，分析单臂路由的整个运作过程。

两台PC由于处于不同的网络中，这时PC-1会将数据包发往自己的网关，即路由器R1的子接口GE 0/0/1.1的地址192.168.1.254。数据包到达路由器R1后，由于路由器的子接口GE 0/0/1.1已经配置了VLAN封装，当接收到PC-1发送的VLAN 10的数据帧时，发现数据帧的VLANID跟自身GE 0/0/1.1接口配置的VLAN ID一样，便会剥离掉数据帧的VLAN标签后通过三层路由转发。

通过查找路由表后，发现数据包中的目的地址192.168.2.1 所属的192.168.2.0/24 网段的路由条目，已经是路由器R1.上的直连路由，且出接口为GE 0/0/1.2，便将该数据包发送至GE 0/0/1.2接口。

当GE 0/0/1.2接口接收到一个没有带VLAN标签的数据帧时，便会加上自身接口所配置的VLAN ID 20后再进行转发，然后通过交换机将数据帧顺利转发给PC-2。

思考一下

VLAN间的通信可以利用单臂路由的方式实现，那么利用单臂路由实现数据转发会存在哪些潜在问题?该如何解决?

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