Inter-VLAN routing

Inter-VLAN-routing möjliggör kommunikation mellan nätverksenheter som är anslutna till olika VLAN. Utan Inter-VLAN-routing kan enheter i ett VLAN inte kommunicera med enheter i ett annat VLAN, såvida inte en router eller en Layer 3-switch används för att tillhandahålla routingtjänster.

Det finns tre huvudsakliga alternativ för att möjliggöra routing mellan VLAN:

  • Legacy Inter-VLAN-routing: Denna äldre metod är mindre skalbar och kan vara ineffektiv för stora nätverk.
  • Router-on-a-stick: En godtagbar lösning för mindre till medelstora nätverk, där en router används för att hantera trafiken mellan VLAN genom ett enda fysiskt gränssnitt.
  • L3-switch med Switched Virtual Interfaces (SVI): Den mest skalbara lösningen, särskilt lämplig för medelstora till stora organisationer.

VLAN används för att effektivt segmentera nätverk på en L2-switch, som till exempel Cisco Catalyst 2960-serien. Även om dessa switchar kan konfigureras med över 4000 VLAN, är det ovanligt att ha så många VLAN på en enda switch. Eftersom varje VLAN representerar en separat broadcast-domän, krävs en router för att möjliggöra kommunikation mellan VLAN, alternativt kan L3-switchar användas.

Legacy inter-VLAN routing

Den första inter-VLAN lösning förlitade sig på att använda en router med flera Ethernet-portar. Varje router-interface var anslutet till en switchport i olika VLAN. Router-interfacen fungerade som standardportar till de lokala nätverksenheterna på VLAN-nätet.

Se till exempel topologin där R1 har två interface anslutna till switch S1.

Nätverkstrafiken som passerar genom switcharna används för att bygga MAC-adresstabellen. Ett exempel på hur MAC-adresstabellen för S1 fylls i visas nedan (MAC är egentligen interfacets MAC-adress):

Det kan beskrivas också så här:

  • För router R1 finns två separata delnät, 192.168.10.0/24 och 192.168.20.0/24.
  • Port Fa0/1 på switch S1 tillhör VLAN 10 och är ansluten till R1:s G0/0/0-interface.
  • Port Fa0/11 på switch S1 tillhör VLAN 10 och är ansluten till PC1.
  • Port Fa0/12 på switch S1 tillhör VLAN 20 och är ansluten till R1:s G0/0/1-interface.
  • Port Fa0/24 på switch S1 tillhör VLAN 20 och är ansluten till PC2.

Kommunikation i en Legacy inter-VLAN

När PC1 skickar ett paket till PC2 på ett annat nätverk, dirigerar den det till sin default gateway 192.168.10.1. R1 tar emot paketet på sitt G0/0/0-interface och inspekterar sedan paketets destinationsadress. Därefter dirigerar R1 paketet ut genom sitt G0/0/1-interface till F0/12-porten i VLAN 20 på S1. Slutligen vidarebefordrar S1 ramen till PC2.

Legacy inter-VLAN-routing med fysiska interface fungerar, men har en betydande begränsning. Det är inte skalbart eftersom routrar har ett begränsat antal fysiska interface. Att kräva ett fysiskt routerinterface per VLAN tar snabbt slut på den fysiska interfaceskapaciteten hos en router.

I vårt exempel krävde R1 två separata Ethernet-interface för att dirigera nätverkstrafiken mellan VLAN 10 och VLAN 20. Vad händer om det fanns sex (eller fler) VLAN att koppla samman? Ett separat interface skulle krävas för varje VLAN. Uppenbarligen är denna lösning inte skalbar.

Obs: Denna metod för inter-VLAN-routing implementeras inte längre i switchade nätverk och ingår här endast för förklarande syften.

Router on a Stick inter-VLAN routing

Den ”router-on-a-stick” inter-VLAN routing-metoden övervinner begränsningen av den äldre inter-VLAN routing genom att endast kräva ett fysiskt Ethernet-interface för att dirigera trafik mellan flera VLAN i ett nätverk.

Ett Ethernet-interface för en Cisco IOS-router konfigureras som en 802.1Q-trunk och ansluts till en trunkport på en Lager 2-switch. Routerns interfacet konfigureras specifikt med hjälp av underinterface för att identifiera routing-bara VLAN.

De konfigurerade underinterfacen är mjukvarubaserade virtuella interface, där var och en är kopplat med ett enda fysiskt Ethernet-interface. Underinterfacen konfigureras på routern och tilldelas till olika delnät som motsvarar deras VLAN-tilldelning, vilket underlättar logisk routing.

När VLAN-taggad trafik kommer in i router-interfacet vidarebefordras den till rätt VLAN-underinterface. Efter att ett routing-beslut har tagits baserat på destinationens IP-nätverksadress, bestämmer routern utgångsinterfacet för trafiken. Om utgångsinterfacet är konfigurerat som ett 802.1Q-underinterface, taggas dataramarna med det nya VLAN:et och skickas tillbaka ut genom det fysiska interfacet.

Inter-VLAN-routing på en Layer 3-switch

Den moderna metoden för att genomföra inter-VLAN-routing är att använda L3-switchar och switchade virtuella interface (SVI). Ett SVI är ett virtuellt interface konfigurerat på en Lager 3 switch, som illustreras i figuren nedan.

Notering: En Lager 3 switch är också känd som en multilager switch eftersom den fungerar på både Lager 2 och Lager 3. I denna kurs använder vi dock termen Lager 3 switch eller L3-switch.

Inter-VLAN SVI skapas och konfigureras på samma sätt som hanterings-VLAN-interface. SVI skapas för ett VLAN som redan finns på switchen. Även om det är virtuellt, utför SVI samma funktioner för VLAN som ett router-interface skulle göra. Specifikt tillhandahåller den Lager 3-bearbetning för paket som skickas till eller från alla switchportar som är kopplade med det VLAN.

Följande är fördelarna med att använda L3-switchar för inter-VLAN-routing:

  • De är betydligt snabbare än router-on-a-stick eftersom allt är hårdvarubaserat och direkt.
  • Det finns inget behov av externa länkar från switchen till routern för att möjliggöra routing.
  • De är inte begränsade till en länk eftersom Lager 2 EtherChannels kan användas som trunklänkar mellan switcharna för att öka bandbredden.
  • Latensen är mycket lägre eftersom data inte behöver lämna switchen för att dirigeras till ett annat nätverk.
  • De används vanligtvis i campus-LAN jämfört med routrar.

Den enda nackdelen är att L3-switchar är dyrare.