化繁為簡談虛擬區域網路 在Cisco交換器設定VLAN及Trunk

假設現在要為一家大型企業公司規劃內部網路，希望讓每個部門都只能存取自己部門的網路，但每個部門卻都位在不同的樓層。此時，透過VLAN技術就可以在不更動各個部門員工實體位置的情況下，邏輯性地將不同樓層不同位置的同部門員工規劃成同一個VLAN，而同一個VLAN就只能存取自己的網路資源。

VLAN的關鍵技術就在於Trunk的應用，因此以下將介紹虛擬網路和Trunk的概念，以及如何在Cisco交換器（Switch）網路設備上設定虛擬網路和Trunk。

虛擬區域網路簡介

一個虛擬區域網路（VLAN），是由一群終端機器組合而成，例如一些使用者的PC設備，而這些VLAN中的機器通常擁有相同的特性，而這特性並不需要與這些機器的所在位置有任何的關連。

此外，VLAN技術也允許將一台Switch設備的埠分成幾個群組，並可針對每個不同的群組套用不同的設定。也就是說，VLAN可以在邏輯上區分不同的廣播網域，而這樣的廣播網域能夠延伸到多個實體區域網路區段，因此VLAN技術可以增加網路組織的彈性。

舉例來說，假設現在要為一家大型企業組織整個網路設計，希望將整個大型網路區分成幾個小型的網段，而每個網段都是針對不同的使用者，例如工程師應該存取同一個網段的網路，而銷售人員可能會存取另一個不同的網段，但尷尬的是，工程師可能橫跨很多個樓層，同樣地，銷售人員的電腦位置也分散在多個樓層，此時若希望根據實體的電腦位置來區分不同的網段，想必是一件很累人的事情。

這個時候就必須使用VLAN技術來區分不同的網段，可以把工程師全部分到同一個VLAN中，而把銷售人員分配到相同的VLAN內，這樣就不會牽扯到實體的網路連線而達到網段區分的效果。當然，也可以根據公司的各個單位來區分網段，或是根據各種其他的區分條件。

虛擬區域網路特性

VLAN有許多的特性，也因為這些特性，讓IT人員在規劃網路時能更具有彈性，以下分別介紹這些特性：

虛擬區域網路與廣播網域

交換器設備上的每一個埠，只能被指定到某一個VLAN中，也就是說，一個VLAN中的所有的埠都共享整個廣播封包，所以剛才提及，事實上一個VLAN可以想成是廣播網域（Broadcast Domain），因此不同VLAN之間的埠無法共享彼此的廣播封包。

這是一項很重要的特性，因為這代表VLAN越多，每個VLAN中的終端機用戶數目就越少，所以廣播封包所造成的網路負擔就越小。

此外，這裡有個重要的觀念也可以順便釐清。廣播網域與碰撞網域（Collision Domain）是不一樣的，連接到同一個集線器（Hub）的所有電腦都是處於同一個碰撞網域內，因為Hub做的事情很簡單，一旦Hub從任何一個埠接收到一個封包，它所做的事情就是單純地把這個封包從其他的埠全部丟出去，完全沒有學習功能，所以連接到同一個Hub的所有電腦都是處於同一個碰撞網域。

而Switch設備上的每一個埠所連接的網路也屬於同一個碰撞網域，因為對Switch設備而言，只有針對不同的埠之間，Switch的學習功能才能發揮效用。所以，若在Switch設備的每一個埠底下都只接單一台電腦，就可以做到完全無碰撞環境（Collision Free）。

由於VLAN有這樣的特性，所以可以透過VLAN對公司內部網路做更具有彈性的規劃。例如，Switch設備上的某幾個埠，根據這些埠所連接的用戶的特性，將它們規劃到同一個VLAN內，這樣就不需要搬移實體設備，也能達到網段規劃的效果。

此外，VLAN可以橫跨多個Switch設備，因此VLAN在規劃時甚至可以跨越不同的建築物，也可以跨越WAN。

虛擬區域網路的資料傳遞

一般來說，若在眾多的Switch設備之間架設VLAN，則只有同一個VLAN中的電腦才可以互相傳遞資料。在Switch設備內部，事實上是透過限制資料的轉送來達到這種VLAN的資料傳遞過程。

在之前的文章中，曾提到當Switch設備收到資料後，會根據學習過的MAC位址對應表來決定資料要送往哪個埠，如果沒有學習過，則預設會Flooding到所有的埠。這是因為預設上所有的埠都是屬於預設的VLAN中，也就是所有的埠都屬於同一個VLAN，因此這樣的Flooding動作不會有什麼問題。

但如果有分割VLAN的話，就不能這樣做了。因為這樣會把某個VLAN的資料送往其他的VLAN。所以，在這種情況下，Switch設備會了解哪些埠是屬於哪個VLAN，而限制Flooding時只能送往同一個VLAN。

而當VLAN的資料要跨越多個Switch設備傳遞到其他Switch設備所連接的同一個VLAN時，就必須使用Trunk技術。

因為Switch設備間只會用一條網路線連接起來，而這條網路線就必須要能傳遞承載所有VLAN的資料。為了達到這種需求，在設定此種Switch設備之間的連線時，就必須設定成Trunk類型。有關Trunk的詳細資訊，後面會慢慢提到。

虛擬區域網路種類

在VLAN中的埠可以被分成不同的種類，以便形成不同類型的VLAN。在Cisco Catalyst Switch設備中，主要分成靜態VLAN與動態VLAN兩種VLAN。

所謂的靜態VLAN指的就是讓系統管理員手動設定哪些埠是屬於哪個VLAN。而Cisco Catalyst的Switch設備也支援動態VLAN的方式，這種方式會使用VMPS（VLAN Management Policy Server）這種額外的設備來協助達成動態VLAN的設定，而VMPS可以用Catalyst 5000系列的Switch設備或是其他的伺服器來架設，不過要注意的是，一般最常用的Cisco Catalyst 2950不能拿來架設成VMPS。

VMPS內部包含一個資料庫，用來儲存哪些MAC位址是屬於哪個VLAN的對應關係，所以動態VLAN可說是依照MAC位址來分割VLAN，也就是MAC-based，而靜態VLAN則是根據埠來區分是哪個VLAN，亦即Port-based。

但是，對於動態VLAN而言，一個埠底下的所有電腦必須都要屬於同一個VLAN，這樣才能正常運作，因為如此一來，這個埠所連接的電腦的MAC位址都是對應同一個VLAN，當Switch設備要決定丟到哪個VLAN時，才不會搞錯。

不過，一般都會採用靜態VLAN的方式來分割VLAN，因為設定方便快速，而且採用動態VLAN方式時還必須架設另一台VMPS，所以這種方式的成本過高，設定相當麻煩，因此筆者不建議讀者使用動態VLAN的方式來架設VLAN。

用Trunk傳遞多個VLAN之間的資料

前面提到Trunk的使用時機，也就是當Switch設備之間要傳遞多個VLAN資料時，這中間就要建立Trunk，而要稍微注意的是，只有FastEthernet等級以上才可以做Trunk。

Trunk主要分成兩種協定：802.1Q協定和ISL協定。簡單來說，Trunk會在資料內增加一個標籤（Tag），用來表示目前這份資料是屬於哪一個VLAN，貼上標籤後，再把這份資料傳到另一台設備。另一台設備收到之後，再根據這個標籤得知這份資料是屬於哪一個VLAN，然後把這份資料送往所屬的VLAN。

以上就是Trunk的主要工作。因此這個Trunk必須要能夠傳送所有VLAN的資料，反正也不會搞混，因為都會在資料內貼上標籤。以下就分別針對這兩種Trunk協定探討之間的不同。

802.1Q協定

IEEE 802.1Q協定在VLAN中通常用來連接多個Switch與Router設備，而Cisco的設備在Fast Ethernet和Gigabit Ethernet介面上都支援IEEE 802.1Q協定。基本上，每一個套用802.1Q協定的埠都會被指定成Trunk類型，而所有在Trunk上的埠都隸屬於Native VLAN，雖然預設如此，但管理者還是可以指定到不同的VLAN內。

Native VLAN是設備上預設的VLAN，一開始拿到Cisco Switch設備時，所有的埠都會被指派到Native VLAN中，因此所有的埠都可以互相通訊，因為都屬於同一個VLAN。

而Native VLAN有一個作用是，所有沒有被貼上標籤的資料都會被送往這個Native VLAN。每個VLAN都會有一個ID，用來區分各個VLAN，而Native VLAN的預設ID就是VLAN 1。

還有一點值得注意，只有802.1Q協定才有Native VLAN，ISL並沒有Native VLAN。也因為沒有貼上標籤的資料都會在Native VLAN上遊走，所以Switch設備就不會在Native VLAN上傳遞的資料貼標籤了。

接著來看下面這個範例，就可以參透Native VLAN的所有觀念。假設現在架設三個VLAN，其VLAN ID分別是VLAN 1、VLAN 2及VLAN 3。其中，VLAN 1是Native VLAN，之間用兩台Cisco Switch設備連接著，而在Cisco Switch中間有一台Hub，如下圖所示。

其中，IP為10.1.*.*是處於VLAN 1中，而IP為10.2.*.*處於VLAN 2中，IP為10.3.*.*則被分派於VLAN 3之中。

因為10.1.1.1和10.1.1.3都屬於Native VLAN，所以由10.1.1.1和10.1.1.3互相傳遞的資料都不會被貼上標籤，因此這樣的資料也可以被10.1.1.2收到。

至於資料封包的標籤位置，則是置放於封包中間。一個標準的IP封包依序包含以下各個欄位：

1. 目的端位址資訊，占封包的6個位元組。
2. 來源端位址資訊，占封包的6個位元組。
3. 用來指明資料長度或是乙太網路種類的資訊，占封包的2個位元組。
4. 資料本身，占封包的46?1500個位元組。
5. FCS，占封包的4個位元組。

貼上標籤以後，整個資料封包會變成：

1. 目的端位址資訊，占封包的6個位元組。
2. 來源端位址資訊，占封包的6個位元組。
3. 802.1Q協定專用標籤，占封包的4個位元組。
4. 用來指明資料長度或是乙太網路種類的資訊，占封包的2個位元組。
5. 資料本身，占封包的46?1500個位元組。
6. FCS，占封包的4個位元組。

由上面可以看出，802.1Q協定會把標籤插在資料封包的中間位置，並增加4個位元組的空間，因此整個資料長度最長會是1,522個位元組。而標籤中的內容包含乙太網路類型、PRI值、Token Ring專屬封裝用的Flag和VLAN ID。

ISL協定

另外一種協定就是ISL。ISL是Inter-Switch Link的縮寫。ISL協定是Cisco設備專用的，但也不是每一款Cisco設備都支援，只有某幾款Cisco設備才支援ISL協定。

ISL協定運作於OSI網路七層架構的第二層，作法就是在前面增加一段表頭，並在最後面新增一段CRC。而由於ISL協定與任何協定無關，因此ISL協定能夠封裝任何種類的上層協定資料。

ISL協定所新增的表頭大小為26個位元組，而最後面新增的CRC大小為4個位元組。在前面的表頭中包含了VLAN ID和BPDU資訊，以及許多其他的資訊，例如埠的ID、SA的前三個位元組等等，由於過於繁雜，這裡就不一個個詳細介紹。

若要使用ISL協定，則網路中每一台設備都必須做好正確的ISL設定才行，因為ISL協定使用的資料封包長度超過乙太網路所能接受的長度，所以一旦不支援ISL協定的設備收到這樣的封包，會被認為是錯誤的封包而直接遺棄。乙太網路的正確封包大小是64到1,518個位元組。

802.1Q與ISL協定比較

ISL協定是用硬體來實作，因此所能支援的VLAN個數依照硬體的好壞而定，速度也是依照硬體的好壞來決定，與802.1Q協定不同。802.1Q協定是在軟體上處理，所以速度想必比較緩慢。

另外，當決定要使用哪一種的協定時，也要考慮到整個網路的設備廠牌，若使用ISL協定，則代表所有的設備都一定要採用Cisco的設備，因為這是Cisco專屬的協定。

兩者各有好壞，端由網路管理人員來決定。802.1Q和ISL協定最大的不同之處就在於它們的標籤置放方式不同，這點請各位讀者注意，尤其是要準備CCNA認證的讀者，Trunk一向都是考試重點之一。

在Cisco設備執行VLAN設定指令

在Cisco設備上若要設定VLAN，主要分成四個步驟：

1. 設定VTP（Cisco設備才必須設定）。
2. 設定Trunk。
3. 設定VLAN。
4. 將各個埠指定到某個VLAN中。

第一步驟只有Cisco設備才需要設定，而VTP的詳細內容與觀念，以後會再介紹，接下來，說明另外三個步驟的指令。

設定Trunk

首先要設定Trunk。前面提到，Trunk分為ISL和802.1Q兩種協定，而且不是每一款Cisco設備都支援ISL協定，例如一般最常見到的Cisco Catalyst 2950 Switch設備就只支援802.1Q協定。而Cisco Catalyst 4000 Switch設備支援ISL協定。基本上，設定Trunk分為以下這幾個步驟：

1.選擇並進入所要設定的埠
一開始選擇要將哪個埠設定為Trunk，因此必須先進入這個埠的設定模式。假設要選擇第一模組（Slot）的第一個埠，則指令設定方式如下：

2.關閉埠的運作
這麼做的目的是為了避免等一下在這個埠上面所要做的設定，影響到其他埠的運作情形，這個步驟可有可無，指令操作如下：

3.設定所要套用的Trunk協定
前面提到Trunk分為802.1Q和ISL兩種協定，接下來第三個步驟就是要設定使用哪一種Trunk協定，若是要套用802.1Q協定，則設定指令如下：

switchport trunk指令是針對某個埠進行Trunk相關的設定，而後面所接的encapsulation則代表目前要設定的是封裝模式，也就是指Trunk協定種類，而dot1q是指802.1Q協定。若要套用ISL協定，則指令如下：

很明顯地，只要將在最後的參數改成isl即可，當然也可以選擇讓這台設備根據對方的設備自動選擇所要套用的Trunk協定，其設定指令如下：

如此一來，假若對方的設備是使用ISL協定，則這台設備也會使用ISL協定，反之，若對方使用802.1Q，則這台也會跟著使用802.1Q協定。

這個步驟是必要的，但如果是像Cisco Catalyst 2950 Switch的設備，就不需要執行這一個步驟，因為這台設備只能支援802.1Q協定。

4.設定埠的模式
既然要將這個埠設定為Trunk，當然就要把這個埠的模式設定為Trunk，其設定的指令如下：

關鍵指令為switchport mode，而最後的trunk代表現在要把這個埠設定成Trunk模式。既然說到這個指令，就順便介紹一下這個指令所能接收的其他設定值。這個指令後面所能接收的參數有以下四種：

1.Trunk
Trunk是通訊埠所能採用的一種模式，在這個模式下，就代表要在這個埠套用802.1Q協定的Trunk，並會與另一端的埠協調，告知這之間的連線要使用哪一種Trunk模式。

2.Access
其他常見的模式還有Access，若要將這個埠採用Port Security，就必須將這個埠改成Access模式，因為Access模式就相當於連接電腦端才會設定的模式。

而如果在這種接到其他Cisco設備端的埠上面設定為Access，代表要移除原本在這個埠的Trunk屬性，並請這個埠和對方的埠協調，看看是否可以把Trunk屬性都拿掉。

3.Dynamic desirable
這是預設的模式，此種模式代表要讓這個埠與對方的埠一起協調，如何從非Trunk的模式改到Trunk模式。這是主動模式，也就是主動想成為Trunk的模式。除非對方的埠設定成Access模式，不然無論對方的埠是什麼模式，都會變成Trunk模式。

一般不建議使用這種模式，因為要就Trunk，不然就選Access，這種還要依照對方是什麼才決定用什麼，感覺不太穩定。

4.Dynamic auto
當對方的埠設定成Trunk或Desirable時，將自己的埠設定成Dynamic auto時，就會成為Trunk模式，若對方的埠設定為Access或Auto，則Trunk就無法建立起來。

根據這四種模式，筆者將這些模式與Trunk連線是否能夠建立，整理成以下的表格：

所以，決定是否要將這兩台Cisco Switch設備之間的連線成為Trunk，必須雙方達成協議才行，當然，也可以設定成「不要協議」，須執行下列這樣的指令：

執行switchport nonnegotiate指令後，就不會再和對方協議，也就是不會在OSI第二層網路協定中發送DTP和對方協議用的封包。

不過，只有當模式設定為Access或Trunk的時候，才能使用這個指令，如果嘗試在Desirable或Auto模式下執行這個指令的話，將會傳回錯誤訊息。

如果要將這個指令取消的話，只要在原本的指令前面加上no，並重新執行一次即可，如下所示：

設定VLAN

接下來這一個步驟就是要設定VLAN。在設定VLAN之前有一些事項必須先了解，以下分別說明。

事實上，每一款Switch設備所能支援的VLAN個數都不一樣，會根據設備的硬體而有些許的出入。大部分的Cisco Switch設備支援64個VLAN，而2950系列則支援250個VLAN，因此在建立VLAN之前必須先了解手邊的設備支援多少個VLAN。

此外，也必須了解手邊設備的預設VLAN是哪一個，通常預設的VLAN都是VLAN 1，所以CDP和VTP協定的封包一般都會送到VLAN 1中。

最後要注意的是，這台Cisco Switch的埠必須被分配到Management VLAN內，而Management VLAN通常都是預設的VLAN，亦即VLAN 1。

注意事項了解後，接下來必須熟悉指令。首先，執行如下建立VLAN的指令：

一開始，必須到某一個VLAN ID的VLAN mode底下。在上面的範例中，vlan 3是到編號為3的VLAN，代表等一下要設定的就是第三個VLAN。

而標準安裝好的IOS軟體中，這個VLAN的ID範圍只能是1到1005，若是安裝加強版的軟體後，這個值的範圍可以是1到4094。

當然，如果一次要設定的VLAN對象很多，在使用這個指令的同時，後面所接的VLAN ID可以一次輸入多筆，中間只要用逗號分隔即可：

而且也可以一次輸入一個範圍的VLAN ID，如下所示：

接下來指定這個VLAN的名稱，而以上的例子是將VLAN 3的名稱改為VLAN_KC，名稱不一定要指定。

如果沒有做這個設定步驟，系統會指派一個預設的VLAN名稱，通常會是類似VLAN3或VLAN0003這樣的值。

將各個埠指定到某個VLAN中

最後一個步驟是將各個埠指定到這些設定好的VLAN中。假設要將第一個槽中的第四個埠指派到VLAN 3中，其設定的指令如下：

每一個埠同一個時間只能屬於某一個VLAN，因此要指派這個埠到哪個VLAN時，必須使用switchport access指令，而後面接關鍵字vlan，最後再接上一個VLAN ID，這樣就設定完成了。

如果要檢查是否設定成功，則執行show vlan指令，如下所示：

由上面的結果可以看出，Fas0/4這個埠已經被指派到VLAN 3當中，同時也可以看出第三個VLAN的名稱已經被改成VLAN_KC。

如果IOS版本夠新，也可以一次設定多個埠，同時指定到同一個VLAN中，其設定的指令如下所示：

上面這個範例就可以針對1到12這些埠，以及第20個埠同時進行設定。如果沒有做最後這個指定埠到VLAN的動作，則所有的埠預設都會被指定到VLAN 1中。

結語

這篇提到相當重要的VLAN觀念、Trunk分類以及相對應的設定指令，這對要赴考CCNA的人極為重要。在CCNA的實驗題目當中，也很可能會考這類型的題目，所以各個指令還是要熟記。

此外，CCNA經常會出現VLAN的題目，題目中可能會顯示出一些設定好的VLAN資訊，然後要應考者找出問題在哪裡。當然，不僅是要準備CCNA的讀者，這篇文章對於大型網路管理人員更是重要。