关于交换机端口的Trunk和Access模式的分析与验证

2023-10-29

1、理论简析：

以太网交换机的通信是基于端口的通信，其端口类型分为Trunk port（干道端口）、Access port（接入端口）、Hybird port（混合端口）三种。Access port一般用于交换机和用户PC主机相连，连接用户主机和交换机的链路称为接入链路（Access Link）；而Trunk port一般用于连接交换机，通过Trunk port相连的链路称为干道链路。Hybird port可以连接交换机和用户主机，也可以连接交换机和交换机（暂不考虑Hybird port）。

其中Access和Trunk是比较常用的端口模式。

①Access port只属于一个VLAN，Access链路上的数据帧是不带VLAN tag的帧（因为Access链路要么是PC->Access port,PC本身不会识别VLAN tag，所以PC->Access port是不会带VLAN tag的；要么是Access port->PC，由于出端口目标是明确的，不存在需要带VLAN Tag去区别VLAN，所以Access port->PC也是不需要带VLAN tag的）
②而Trunk port可以属于多个VLAN，Trunk上的帧也是带tag的帧，目的就是为了区分不同的VLAN，实现不同交换机的同一VLAN间以及跨VLAN的数据通信。
③带VLAN tag的数据帧（802.1Q）格式如下所示（除去VLAN tag便是标准以太帧格式），其主要的字段是优先级和VLAN ID字段：
这里写图片描述

以下例（如图所示）来说明以太网数据帧在进入和离开Access、Trunl两种不同类型端口时，添加与剥离VLAN tag的步骤。
这里写图片描述

SW1和SW2各有三个端口，其端口类型与链路类型如图所示，SW1:port3和SW2：port3都是trunk port，SW1:port3属于一个VLAN，而SW2：port3属于两个VLAN。

入端口和出端口都是Access port：
①当A要给B发送消息，则A发送一个不带tag的数据帧（源MAC：A，目标MAC：B）到达SW1：port1；
②SW1:port1接收到不带tag的数据帧，根据port1所在所在VLAN（VLAN 1），进入交换机之后便加上VLAN tag，标识了该数据帧属于VLAN 1；
③在经过查找FDB表，知道了要将数据帧送给B则必须从SW1:port 2转发出去，但是SW1:port 2并不在VLAN 1中，所以该报文是不能直接由交换功能转发到SW1:port 2的，即B是不能直接通过二层转发收到来自A的数据帧的；
④那么直接通过FDB转发不行，该报文就不能转发成功了吗？当然不是，假设交换机具备三层功能，并且存在VLAN1~VLAN2的路径，数据帧通过解析出目标IP，借助三层转发表匹配出接口MAC并找到出接口对应端口，或者路由表（初次）找到下一跳的出接口，从而从目标端口SW1:port2转发出去到达B【注：在讲Trunk、Access、Hybrid端口类型时，是忽略三层转发功能的，仅从二层来讲，A发送的报文确实不能到达B】。

入端口和出端口都有Access port与Trunk port：
①当A要给C发送消息，同样A发送一个不带tag的数据帧（源MAC：A，目标MAC：C）到达SW1：port1；
②SW1:port1接收到不带tag的数据帧，根据port1所在所在VLAN（VLAN 1），进入交换机之后便加上VLAN tag，标识了该数据帧属于VLAN 1；
③经过查找FDB表，知道了要将数据帧送给C则必须从SW1:port 3转发出去，经过交换机内部交换芯片处理后到达SW1:port 3即将转发；
④由于SW1:port 3是Trunk端口，则先检查VLAN tag的VLAN ID是否等于PVID，检查不等于则直接发送【如果VID==PVID则剥离tag再转发】。
⑤SW2:port3接收到从Trunk link上收到的带VLAN tag的数据帧，先解析是否带VLAN tag【如果不带则加上tag信息，tag中的VLAN ID设为PVID】，如果带tag则判断，端口是否允许该tag所标识的VLAN数据进入，允许则进入交换机内部进行交换转发，不允许则丢弃；
⑥在交换机内部通过tag信息的标识，查找FDB表数据到达SW2：port1，由于SW2：port1是一个Access port，所以在数据转发前先将tag剥离掉，在转发给C，则C收到一个不带tag的来自A的数据帧。

由上面分析可知：
①凡是和PC打交道的数据帧都是不带VLAN tag的（因为VLAN是二层交换机的概念，不牵扯PC）；
②凡是和进入交换机的数据帧都需要加上VLAN tag，以实现能够在交换机内部交换转发是能够识别不同VLAN；

2、搭建实验环境：

实验环境如下图所示：
这里写图片描述

两个接入层交换机Switch0和Switch1其FE0/1~FE0/24均设置为Access 口，且FE0/1~FE0/12均加入VLAN 1，而FE0/13~FE0/24均加入VLAN 2。因此各PC与Server所处VLAN就如图所示清晰明了：PC0、PC2、Server2处于VLAN1；PC1、PC3、Server3处于VLAN2；另外顶端的直接连接在Multilayer Switch0的FE0/1类型为Access port上的Server1属于VLAN3。

配置如下：

//Multilayer Switch0配置：

//配置gigabitEthernet 0/1为trunk口
Switch>enable 
Switch#configure terminal 
Switch(config)#interface gigabitEthernet 0/1
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk 
Switch(config-if)#exit

//配置gigabitEthernet 0/2为trunk口
Switch(config)#interface gigabitEthernet 0/2
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk 
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#

//配置VLAN interface
Switch(config)#interface vlan 1
Switch(config-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
Switch(config-if)#no shutdown 
Switch(config)#interface vlan 2
Switch(config-if)#ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
Switch(config-if)#no shutdown 
Switch(config)#interface vlan 3
Switch(config-if)#ip address 128.255.240.1 255.255.0.0
Switch(config-if)#no shutdown 

//开启VLAN间路由
Switch(config)#ip routing
Switch(config)#exit
Switch#copy running-config start-config

//Switch0和Switch1配置一致：
Switch>enable 
Switch#configure terminal 
Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.	

//新建VLAN
Switch(config)#vlan 1
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#vlan 2
Switch(config-vlan)#exit

//指定fastEthernet 0/1 - fastEthernet 0/12端口属于VLAN1，且均是Access port
Switch(config)#interface range fastEthernet 0/1 - fastEthernet 0/12
Switch(config-if-range)#switchport mode access
Switch(config-if-range)#switchport access vlan 1
Switch(config-if-range)#exit
//指定fastEthernet 0/13 - fastEthernet 0/24端口属于VLAN2，且均是Access port
Switch(config)#interface range fastEthernet 0/13 - fastEthernet 0/24
Switch(config-if-range)#switchport mode access
Switch(config-if-range)#switchport access vlan 2
Switch(config-if-range)#exit

//配置gigabitEthernet 0/1为trunk口
Switch(config)#interface gigabitEthernet 0/1
Switch(config-if)#switchport mode trunk 
Switch(config-if)#exit 
Switch(config)#exit
Switch#copy running-config startup-config 
Switch#

测试步骤如下：
①在三台服务器上搭建我们的三个Web网站；
②开启三层交换机的ip routing功能，则任何一个主机可以访问任何一台服务器（由于trunk链路的存在，才可以实现跨交换机实现同一VLAN间通信）；
这里写图片描述
③但是当关闭三层交换机的ip routing功能，则主机只能访问本VLAN内Server，不同VLAN的主机不能跨VLAN访问服务器（由于Trunk链路与路由二者均存在，才可以实现不同交换机上不同VLAN间的任意通信）。

通过上例，我们就可以明确Trunk 链路的实际作用了。

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