“功能等价法”在三层网络设备互连中的应用

杜庆平

（泰州职业技术学院 信息工程学院，江苏 泰州 2253000）

“功能等价法”在三层网络设备互连中的应用

杜庆平

（泰州职业技术学院 信息工程学院，江苏 泰州 2253000）

网络组建中常用路由器、单臂路由、三层交换机等三层设备连接不同的网段，上述网络设备之间互连并运行路由协议可以实现设备之间所连网段的互访，因此三层网络设备之间正确互连是网络组建的基础。对初学者来说路由器之间互连比较易于理解，但路由器与三层交换机或单臂路由与三层交换机等其他情形的三层设备之间如何互连就不易掌握。利用“功能等价法”可以解决这一问题，即将物理端口充足的路由器之间的互连方法确定为标准方法，通过和标准方法进行功能类比来确定其他情形三层设备互连的配置方法。

三层设备；路由器；三层交换机；单臂路由；设备互连；功能等价法

在计算机网络中，三层设备用来连接不同的网段，通过将三层设备互连并运行路由协议可以实现所有三层设备所连网段间的互访。常见的三层设备有路由器、单臂路由[1]、三层交换机等，它们之间正确互连是网络组建的基础。

对初学者来说路由器之间互连比较易于理解，但路由器与三层交换或单臂路由与三层交换等其他情形的三层设备之间的互连，就不易掌握。根据这一情况，本文提出“功能等价法”来帮助初学者理解并掌握三层网络设备之间的互连。该方法将物理端口充足的路由器之间互连的配置方法作为标准方法，通过和标准方法进行功能类比来配置其他情形的三层设备互连。

1 标准方法

路由器是较常见的三层设备，一般情况下它有多个物理端口，用于连接不同的网段，这些网段称为路由器的直连网段。直连网段就其功能而言又可分为用于接入用户的用户网段和用于设备之间互连的互连网段。可以把两台物理端口足够的路由器之间的互连方法确定为标准方法。

举例如图1所示，路由器R1、R2都有三个以上的物理端口，两台路由器的FE0/1、FE0/2端口用于连接用户网段，要实现R1、R2所连用户网段的互相访问，首先要将两台路由器互连，然后再配置路由，本文只分析如何进行互连。R1、R2的互连方法主要包括如下两点：

（1）选择两台路由器上的空闲端口相连，图1中两台路由器互连的端口均使用FE0/3。

（2）将互连网段配置在互连接口上，R1的FE0/3端口IP地址为10.1.1.1/30，R2的FE0/3端口IP地址为10.1.1.2/30。

图1 标准方法举例

2 其他情形三层设备互连的方法

2.1 单臂路由的互连方法

（1）使用子接口互连

如果路由器只有一个物理端口，但要连接多个网段，这种情形称为单臂路由。若图1中的R1只有一个物理端口，其用户网段的配置方法如图2所示，R1的FE0/1.1和FE0/1.2两个接口为子接口[2]，该接口是逻辑接口，物理上是不可见的，故用虚线标出。二层交换机上配置两个VLAN，用来接入用户网段的设备。

图2 单臂路由直连网段配置举例

将图1和图2中R1的直连网段的配置进行对比，可以发现单臂路由的配置方法和标准方法之间存在如下的等价关系：

若将图1中的R1、R2均换为单臂路由，根据等价关系，互连配置方法为如图3所示，主要包括如下两点：

1）在两台二层交换机上均新增一个VLAN，本例中两台二层交换都新增了VLAN 30，将用于互连的F0/24端口放入到VLAN 30中，然后用网线将两交换机的F0/24端口连接起来。

2）在两台路由器上均新增一个子接口，本例中两台路由器均增加了FE0/1.3子接口，将互连网段配置在新增子接口上。

图3 单臂路由使用子接口互连方法举例

（2）使用主接口互连在方法（1）中可以发现图3中两个路由器的主接口FE0/1都没使用，无论是用于做网关还是做互连，主接口也可以配置IP地址，但是要注意的是由于交换机和路由器互连的端口是Trunk端口，而主接口使用以太网协议而不是VLAN协议，主接口是接在交换机的VLAN 1中，如将图3中两台单臂路由采用主接口互连，方法如图4所示。

图4 单臂路由使用主接口互连方法举例

2.2 三层交换机的互连方法

三层交换机可以看成是一个路由器和二层交换机的组合体，物理端口较多，在局域网中已取代路由器成为主要设备。若将图1中的R1、R2均换为三层交换机，则互连的方法有两种：

（1）配置端口为三层端口三层交换机的端口出厂时一般默认为二层端口，通过配置可将端口设置为三层端口，设置后的三层交换机，可作为具有充足物理端口的路由器使用，互连方法和标准方法一样。

（2）配置交换虚拟接口[3]（SVI）三层交换机还可将直连网段配置在交换虚拟接口上。若将图1中R1换成一台三层交换机L3SW 1，其用户网段的配置方法如图5所示，L3SW 1的intvlan 10和intvlan 20两接口为交换虚拟接口，该接口也是逻辑接口。

图5 交换虚拟接口配置直连网段方法举例

通过图1中R1和图5中L3SW1的直连网段的配置进行对比，也可以发现交换虚拟接口配置方法和标准方法之间存在如下的等价关系：

若将图1中的R1、R2均换为三层交换机，根据等价关系，互连配置方法为如图6所示，主要包括如下两点：

1）在两台三层交换上都新增一个VLAN，两台交换机新增VLAN之间的连接方法和图3中二层交换机互连的方法相同。

2）在两台三层交换机配置新增VLAN的交换虚拟交接口的IP地址。

图6 三层交换机互连方法举例

（3）上述两种方法的特点

第一种方法比较简单，但受设备限制，方法二有较强的通用性，而且有些特殊情形只能使用第二种方法。如图7所示，这两个三层交机所连的网段既有不同的（L3SW1上的192.168.2.0/24，L3SW2上的192.168.4.0/24），又有相同的（192.168.1.0/24），既要实现不同网段之间能够通过路由互相访问，又要保证同一个网段之间能够通过交换能够互相访问，这种情形下就不能使用方法（1），只能使用方法（2），并且要注意如下两点：

1）图6中两台交换机互连的链路是Access链路[4]，因此无论是用户VLAN还是互连用VLAN都只在本交换机有意义，两台交换机上VLAN ID可以相同也可以不同，彼此没有关系。

2）图7中由于两台设备互连的链路既要传递二层数据，实现两台交换机相同网段内的设备互访，又要传递路由，实现不同网段之间的互访，互联两个交换机的互连端口需设置为Trunk模式，两台交换机互连的链路是Trunk链路[5]。两台交换互连的网段（10.1.1.0/24）的VLAN ID必须一致（图7中均配置为VLAN 30），不需要配置其他端口属于该VLAN，因为F0/24是Trunk模式，Trunk端口属于任何VLAN。不同用户网段（L3SW1上的192.168.2.0/24和L3SW2上的192.168.4.0/24）的VLAN ID尽可能不一致，如果一致的话，会导致不同用户网段的设备在同一个广播域[6]，增加不必要的带宽开销。

图7 三层交换机互连特殊情形举例

2.3 路由器与三层交换机互连方法

如果图1中的R1不变，R2的功能由一台三层交换机代替，根据上述的功能等价关系，路由器和三层交换机互连的方法如图8所示。

图8 路由器与三层交换机互连方法举例

2.4 单臂路由器与三层交换机互连方法

如果图6中的三层交换机不变，R1的功能用单臂路由代替，根据上述的功能等价关系，路由器和三层交换机互连的方法如图9所示。

3 结语

图9 单臂路由器与三层交换机互连方法举例

在理解了单臂路由、三层交换与标准方法之间的功能等价关系后，可以将路由器、单臂路由、三层交换之间的互连组合出多种情形，并用功能等价法进行配置练习，虽然有些情形在实际组网中不一定用到，但可以提升对三层设备互连的理解，也可为后续掌握静态路由和动态路由准备好基础网络。“功能等价”法是一种实用化的方法，在组网学习和设备配置中有很重要的作用。网络设备的更新较快，新旧系列产品之间或不同厂家产品之间往往相同功能的配置方法不尽相同，这时可以借助“功能等价”法去理解和配置。

[1]梁广民.思科网络实验室CCNA实验指南[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2]Todd Lammle.CCNA学习指南[M].北京：人民邮电出版社，2012.

[3]高峡，陈智罡，袁宗福.网络设备互连学习指南[M].北京：科学出版社，2009.

[4]杭州华三通信技术有限公司.路由交换技术（下）[M].北京：清华大学出版社，2013．

[5]肖颖，佘影.VLAN技术在三层交换机中的应用[J].微处理机，2009，(6):41-44．

[6]谢希仁.计算机网络[M].大连:大连理工大学出版社，2010．

（责任编辑 杨荔晴）

The Application of“ Function Equivalence Method”for Interconnecting Layer 3 Network Devices

DU Qing-ping
(Taizhou Polytechnic College, Taizhou Jiangsu 225300, China)

Router , router-on-a-stick and Layer 3 switch are used to connect different network in network construction,The network connected on the above network devices can visit each other by the routing protocol, so proper interconnection between layer 3 network devices is the foundation of the network construction 。It’s easy to understand how to interconnect routers for beginners, but it’s hard to understand how to interconnectsrouter and Layer 3 switch or other cases. The method of "functional equivalence" can be used to solve the problem. This method treats the interconnection between the routers with enough physical ports as the standard method. The method of other cases of equipments interconnection can be got by analoging the basic method.

layer 3 network devices; router; router-on-a-stick; layer 3 switch; interconnecting network devices; function equivalence method

TP393.0

A

1671-0142（2014）03-0056-04

杜庆平（1975-），男，高级工程师，系统分析师，硕士，研究方向为网络技术和电子商务.