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端口 1 2 3 4 5 6 MAC地址 A B C D － R VLAN 1 1 2 2 － 汇聚
首先考虑计算机A与同一VLAN内的计算机B之间通信时的情形。
计算机A发出ARP请求信息，请求解析B的MAC地址。交换机收到数据帧后，检索MAC地址列表中与收信端口同属一个VLAN的表项。结果发现，计算机B连接在端口2上，于是交换机将数据帧转发给端口2，最终计算机B收到该帧。收发信双方同属一个VLAN之内的通信，一切处理均在交换机内完成。
同一VLAN内的通信，处理均在交换机内部完成 1 交换机 2 连接红色VLAN路由器端口的的子接口 MAC地址：R 192.168.1.100/24 连接蓝色VLAN的子接口
192.168.2.100/24 3 4 5 6
汇聚链接
源MAC：A；目标MAC:B 源IP：192.168.1.1/24 目标IP：192.168.1.2/24 数据帧 A 192.168.1.1/24
B 192.168.1.2/24
C 192.168.2.1/24
D 192.168.2.2/24
GW192.168.1.100 GW192.168.1.100 GW192.168.2.100 GW192.168.2.100
不同VLAN间通信时数据的流程
接下来是这一讲的核心内容，不同VLAN间的通信。让我们来考虑一下计算机A与计算机C之间通信时的情况。
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连接红色VLAN的子接口,192.168.1.100/24
连接蓝色VLAN的子接口,192.168.2.100/24 ② 路由器端口的MAC地址：R ③ 数据帧 数据帧 1 交换机 ① 源MAC：A；目标MAC:R 源IP：192.168.1.1/24 目标IP：192.168.2.1/24 2 3 4 5 6 ④ 源MAC：R；目标MAC:C 数据帧 数据帧 源IP：192.168.1.1/24 目标IP：192.168.2.1/24 A 192.168.1.1/24
B 192.168.1.2/24
C 192.168.2.1/24
D 192.168.2.2/24
GW192.168.1.100 GW192.168.1.100 GW192.168.2.100 GW192.168.2.100
计算机A从通信目标的IP地址（192.168.2.1）得出C与本机不属于同一个网段。因此会向设定的默认网关（Default Gateway，GW）转发数据帧。在发送数据帧之前，需要先用ARP获取路由器的MAC地址。
得到路由器的MAC地址R后，接下来就是按图中所示的步骤发送往C去的数据帧。①的数据帧中，目标MAC地址是路由器的地址R、但内含的目标IP地址仍是最终要通信的对象C的地址。这一部分的内容，涉及到局域网内经过路由器转发时的通信步骤，有机会再详细解说吧。
交换机在端口1上收到①的数据帧后，检索MAC地址列表中与端口1同属一个VLAN的表项。由于汇聚链路会被看作属于所有的VLAN，因此这时交换机的端口6也属于被参照对象。这样交换机就知道往MAC地址R发送数据帧，需要经过端口6转发。
从端口6发送数据帧时，由于它是汇聚链接，因此会被附加上VLAN识别信息。由于原先是来自红色VLAN的数据帧，因此如图中②所示，会被加上红色VLAN的识别信息后进入汇聚链路。路由器收到②的数据帧后，确认其VLAN识别信息，由于它是属于红色VLAN的数据帧，因此交由负责红色VLAN的子接口接收。
接着，根据路由器内部的路由表，判断该向哪里中继。 由于目标网络192.168.2.0/24是蓝色VLAN，，且该网络通过子接口与路由器直连，因此只要从负责蓝色VLAN的子接口转发就可以了。这时，数据帧的目标MAC地址被改写成计算机C的目标地址；并且由于需要经过汇聚链路转发，因此被附加了属于蓝色VLAN的识别信息。这就是图中③的数据帧。 交换机收到③的数据帧后，根据VLAN标识信息从MAC地址列表中检索属于蓝色VLAN的表项。由于通信目标——计算机C连接在端口3上、且端口3为普通的访问链接，因此交换机会将数据帧除去VLAN识别信息后（数据帧④）转发给端口3，最终计算机C才能成功地收到这个数据帧。
进行VLAN间通信时，即使通信双方都连接在同一台交换机上，也必须经过：
发送方——交换机——路由器——交换机——接收方
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这样一个流程。
三层交换机（1）
使用路由器进行VLAN间路由时的问题
现在，我们知道只要能提供VLAN间路由，就能够使分属不同VLAN的计算机互相通信。但是，如果使用路由器进行VLAN间路由的话，随着VLAN之间流量的不断增加，很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈。
交换机使用被称为ASIC（Application Specified Integrated Circuit）的专用硬件芯片处理数据帧的交换操作，在很多机型上都能实现以缆线速度（Wired Speed）交换。而路由器，则基本上是基于软件处理的。即使以缆线速度接收到数据包，也无法在不限速的条件下转发出去，因此会成为速度瓶颈。就VLAN间路由而言，流量会集中到路由器和交换机互联的汇聚链路部分，这一部分尤其特别容易成为速度瓶颈。并且从硬件上看，由于需要分别设置路由器和交换机，在一些空间狭小的环境里可能连设置的场所都成问题。
三层交换机（Layer 3 Switch）
为了解决上述问题，三层交换机应运而生。三层交换机，本质上就是“带有路由功能的（二层）交换机”。路由属于OSI参照模型中第三层网络层的功能，因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。
关于三层交换机的内部结构，可以参照下面的简图。
路由模块
三层交换机
交换模块
内部是汇聚链路
在一台本体内，分别设置了交换机模块和路由器模块；而内置的路由模块与交换模块相同，使用ASIC硬件处理路由。因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。
三层交换机（2）
使用三层交换机进行VLAN间路由（VLAN内通信）
在三层交换机内部数据究竟是怎样传播的呢？基本上，它和使用汇聚链路连接路由器与交换机时的情形相同。
假设有如下图所示的4台计算机与三层交换机互联。当使用路由器连接时，一般需要在LAN接口上设置对应各VLAN的子接口；而三层交换机则是在内部生成“VLAN接口（VLAN Interface）”。VLAN接口，是用于各VLAN收发数据的接口。（注：在Cisco的Catalyst系列交换机上，VLAN Interface被称为SVI——Switched Virtual Interface）
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红色VLAN接口 192.168.1.100/24 蓝色VLAN接口 192.168.2.100/24
路由模块 VLAN内通信在交换模块内部完成 1 源MAC:A;目标MAC:B 源IP：192.168.1.1 目标IP：192.168.1.2 交换模块 2 3 4 A（MAC）
192.168.1.1/24 GW192.168.1.100
B（MAC）
192.168.1.2/24 GW192.168.1.100
C（MAC）
192.168.2.1/24 GW192.168.2.100
D（MAC）
192.168.2.2/24 GW192.168.2.100
为了与使用路由器进行VLAN间路由对比，让我们同样来考虑一下计算机A与计算机B之间通信时的情况。首先是目标地址为B的数据帧被发到交换机；通过检索同一VLAN的MAC地址列表发现计算机B连在交换机的端口2上；因此将数据帧转发给端口2。
使用三层交换机进行VLAN间路由（VLAN间通信）
接下来设想一下计算机A与计算机C间通信时的情形。针对目标IP地址，计算机A可以判断出通信对象不属于同一个网络，因此向默认网关发送数据（Frame 1）。
交换机通过检索MAC地址列表后，经由内部汇聚链接，将数据帧转发给路由模块。在通过内部汇聚链路时，数据帧被附加了属于红色VLAN的VLAN识别信息（Frame 2）。
路由模块在收到数据帧时，先由数据帧附加的VLAN识别信息分辨出它属于红色VLAN，据此判断由红色VLAN接口负责接收并进行路由处理。因为目标网络192.168.2.0/24是直连路由器的网络、且对应蓝色VLAN；因此，接下来就会从蓝色VLAN接口经由内部汇聚链路转发回交换模块。在通过汇聚链路时，这次数据帧被附加上属于蓝色VLAN的识别信息（Frame 3）。
交换机收到这个帧后，检索蓝色VLAN的MAC地址列表，确认需要将它转发给端口3。由于端口3是通常的访问链接，因此转发前会先将VLAN识别信息除去（Frame 4）。最终，计算机C成功地收到交换机转发来的数据帧。
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红色VLAN接口 192.168.1.100/24 Frame 2 附加红色VLAN识别信息 源MAC:A;目标MAC:R 源IP：192.168.1.1 目标IP：192.168.2.1
路由模块 蓝色VLAN接口 192.168.2.100/24 Frame 3 附加蓝色VLAN识别信息 交换模块 源MAC:R;目标MAC:C 1 2 3 4 源IP：192.168.1.1 目标IP：192.168.2.1 Frame 1 源MAC:A;目标MAC:R 源IP：192.168.1.1 目标IP：192.168.2.1 Frame 4 源MAC:R;目标MAC:C 源IP：192.168.1.1 目标IP：192.168.2.1 A（MAC）
192.168.1.1/24 GW192.168.1.100
B（MAC）
192.168.1.2/24 GW192.168.1.100
C（MAC）
192.168.2.1/24 GW192.168.2.100
D（MAC）
192.168.2.2/24 GW192.168.2.100
整体的流程，与使用外部路由器时的情况十分相似——都需要经过发送方→交换模块→路由模块→交换模块→接收方。
加速VLAN间通信的手段
流（Flow）
根据到此为止的学习，我们已经知道VLAN间路由，必须经过外部的路由器或是三层交换机的内置路由模块。但是，有时并不是所有的数据都需要经过路由器（或路由模块）。 例如，使用FTP（File Transfer Protocol）传输容量为数MB以上的较大的文件时，由于MTU的限制，IP协议会将数据分割成小块后传输、并在接收方重新组合。这些被分割的数据，“发送的目标”是完全相同的。发送目标相同，也就意味着同样的目标IP地址、目标端口号（注：特别强调一下，这里指的是TCP/UDP端口）。自然，源IP地址、源端口号也应该相同。这样一连串的数据流被称为“流（Flow）”。
只要将流最初的数据正确地路由以后，后继的数据理应也会被同样地路由。
据此，后继的数据不再需要路由器进行路由处理；通过省略反复进行的路由操作，可以进一步提高VLAN间路由的速度。
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VLAN学习笔记汇总整理
