引言
随着企业规模的扩大和信息技术的发展，如何高效地管理和优化网络成为了一个重要课题。虚拟局域网（VLAN）和三层交换机技术的应用能够有效提升网络安全性和性能。本文将基于一次具体的实验过程，分享VLAN的基本配置方法以及三层交换机的设置技巧，并通过实际操作演示其在网络通信中的重要作用。
正文
1. 配置网络拓扑
首先在软件上画出下图网络拓扑：
图1 网络拓扑
各设备连接接口已在图中显示，各主机的参数设置见图2------图5：
图2 PC0参数
图3 PC1参数
图4 PC2参数
图5 PC3参数
2. 配置交换机VLAN
使用指令"vlan 100"在交换机0上设置一个新的局域网，通过指令"name v1"为其赋予一个可描述性的名称，然后exit退出该模式，再使用"vlan 200"设置一个新的局域网，为其命名为v2，再使用指令选择Switch0 的端口 FastEthernet0/1 并将其配置为专属于VLAN v1 的接入端口，将Switch0 的 FastEthernet0/2 接口指派给VLAN v2。
上述在交换机0上的具体操作指令见图6。在交换机1上也进行同样操作，见图7：
图6 Switch0上的配置
图7 Switch1上的配置
然后使用"ping+测试主机IP地址"测试各主机是否联通，测试表明各主机均不互通。图8为PC0与PC1和PC2的测试结果：
图8 测试各PC间的连通性
再使用指令"switchport mode trunk"将 Switch0 和Switch1 的接口Gig0/1 配置为trunk 模式，具体操作见图9------图10：
图9 将Switch0的Gig0/1 配置为trunk 模式
图10 将Switch1的Gig0/1 配置为trunk 模式
此时再测试各主机的连通性，测试表明PC0和PC2是互通的、PC1和PC3是互通的，图11为PC0和PC2的互通测试成功图：
图11 测试各PC间的连通性
3. 分析交换机转发报文过程
重启PC0和PC1清空ARP 缓存。然后在仿真方式下在PC0 中输入指令：ping --n 1 211.1.1.255。
观察分组转发结果。在PC1 中输入指令ping --n 1 211.1.1.255。下面将分析ARP 请求广播的范围以及ICMP 分组转发结果：
ARP请求广播的范围是同一个局域网下除了接受到该广播的端口的所有端口。
ICMP的转发结果是（以PC0发送为例,PC1和PC0原理一致）：ICMP报文会先发到Switch0，经由Switch发到Switch1,然后发到PC2，这个过程中是因为PC0和PC2在同一个局域网v1下，而PC1和PC3在局域网v2下，所以并不会向PC2外的主机发送ICMP报文。PC2在收到ICMP之后原本要发送ICMP报文回去表明自己已收到广播，但是PC2并不知道PC0的地址，故发送ARP请求报文，该报文经由Swith1、Switch0发到PC0，不发给其他主机，原因也是在于ARP报文仅限于各自所属的VLAN内部流通，PC0在收到ARP请求报文后，发送ARP相应报文，经由Switch0、Switch1发到PC2,告知PC2自己的地址，所以PC2发送ICMP报文经由Switch1、Switch0发到PC0。
图12描述了上述过程：
图12 Event List
4. 配置三层交换机
此时，我们需要修改前面的网络拓扑，新加入多层交换机3560，修改PC1和PC3的IP地址为221.24.5.3/24和221.24.5.5/24，新的网络拓扑见图13：
图13 用三层交换机连接 VLAN
然后我们需要在3560交换机中创建vlan 100和200（并命名为v1和v2）,通过下述指令为交换机的虚拟接口配置IP地址：
Switch(config)#int vlan 100
Switch(config-if)#ip address 221.24.4.254 255.255.255.0
Switch(config)#int vlan 200
Switch(config-if)#ip address 221.24.5.254 255.255.255.0
设置完之后需要使用指令"ip routing"启动交换机路由功能，最后设置PC0-3的默认网关，PC0和PC2的默认网关应配置为221.24.4.254，PC1和PC3的默认网关应配置为221.24.5.254(PC0-3的参数设置见图14------图17）.若没有配置默认网关，PC03将无法与其他网络进行通信，这是因为它们不具备识别其他子网IP地址的能力。在PC03尝试向其他网络发送数据包的过程中，这些数据包将会被遗弃，进而引发通信故障。同时，PC0~3可能会遇到无法正常利用DNS服务以及访问互联网等问题。因此，为了保证能够在不同网络间顺利交流，必须为PC机设置正确的默认网关。
图14 PC0参数
图15 PC1参数
图16 PC2参数
图17 PC3参数
5. 分析三层交换机转发过程
（1）测试各主机间的连通性发现，各主机之间都是互通的（同一个VLAN下的或者不同VLAN下的主机都可以实现互通），图18为PC0和PC2的测试连通图，图19为PC0和PC3的测试连通图：
图18 PC0和PC2的测试连通图
图19 PC0和PC3的测试连通图
（2）首先将上图网络拓扑修改成下图样式：
图20 网络拓扑
然后将交换机0和1的接口Gig0/2设置为trunk模式，具体操作指令见图21和图22：
图21 Switch中的操作
图22 Switch1中的操作
（3）此时测试各主机之间的连通性结果仍然和步骤（1）中的结果一致，即各主机之间都是互通的（同一个VLAN下的或者不同VLAN下的主机都可以实现互通）。
在模拟方式下观察三层交换机转发报文的过程可发现：
当PC0想要与同处于VLAN 100内的PC2进行通信时，由于它们位于同一VLAN，交换机会直接转发数据帧而不经过三层交换机。然而，如果PC0希望与位于不同VLAN（VLAN 200）的PC1或PC3通信，则会将数据包发送至其默认网关221.24.4.254，这实际上是三层交换机3560上VLAN 100的接口。三层交换机3560接收到数据包后，会检查目标IP地址，确认它属于VLAN 200，并依据路由表决定转发路径。接着，三层交换机会解封装数据包，从中提取IP数据包，然后基于目标IP地址重新封装数据包，附加上新的二层头部，并指定VLAN 200的MAC地址，最后通过适当接口发送出去。一旦数据包到达目标VLAN 200，交换机将依据目标MAC地址将其转发至正确的端口。目标PC接收数据包后，会通过相同的路径反向发送响应数据包，其中三层交换机负责将响应数据包从VLAN 200转发回VLAN 100。
（4）恢复3560 交换机与Switch1 的连接后，观察到所有接口的状态灯并没有全部变成绿色（3560交换机的Gig0/1端口指示灯为橙色，其余为绿色）：
图23 恢复连接接口灯全为绿色
使用ping命令测试PC0与PC2（同属VLAN 100）之间的连通性，以及PC1与PC3（同属VLAN 200）之间的连通性。发现这些主机之间是互通的。同样使用ping命令测试跨VLAN的主机，例如PC0与PC1或PC2与PC3之间的连通性。由于三层交换机已经配置好VLAN间路由，这些主机之间也可以互相通信。
在PacketTracer中启用模拟模式，开始模拟PC0向PC1发送一个ICMP请求。观察到：数据包首先从PC0发出，通过交换机0、交换机1到达3560三层交换机的VLAN 100接口。三层交换机会处理这个数据包，根据路由表将其转发到VLAN 200。数据包随后被发送到Switch1，最终到达PC1。PC1响应这个ICMP请求，响应数据包沿着相同的路径反向传输回PC0。
这样的结果是因为三层交换机在处理跨VLAN通信时，发挥了路由器的功能，实现了不同VLAN之间的数据转发。它通过对数据包的解封装和重新封装，更新了二层头部信息，从而确保数据包能够正确到达目标VLAN。三层交换机能够识别不同VLAN的数据流量，并根据路由表和IP地址进行适当的转发。此外，交换机和主机的正确配置，包括VLAN划分、接口配置、默认网关设置等，都是实现跨VLAN通信的关键因素。如果这些配置正确无误，那么不同VLAN的主机就能通过三层交换机进行有效的通信。
结语
本次实验不仅让我们掌握了VLAN和三层交换机的基础配置，还深入理解了它们在网络架构中的角色。通过合理的VLAN划分和三层交换机的正确配置，我们能够有效地隔离网络流量，提高网络的安全性和效率。此外，实验过程中遇到的一些问题也提醒我们在实际操作中需要注意物理连接的稳定性、配置命令的准确性等细节。
希望这篇博客能帮助读者更好地理解和应用VLAN与三层交换机的相关知识，共同探索更加安全高效的网络解决方案。如果你有任何疑问或建议，欢迎在评论区留言交流！
补充
此处为实验中的一些注意事项：
在实验过程中，主要遇到的问题包括物理连接不稳定、VLAN配置错误、默认网关设置不当以及三层交换机配置遗漏，这些问题导致了部分主机无法正常通信。需要注意的是，在进行实验时应仔细检查物理连接的稳定性，确保VLAN和默认网关配置的准确性，并启用三层交换机的IP路由功能。此外，定期清除ARP缓存和验证配置命令的正确性也是保证实验顺利进行的关键。