用路由器让VLAN之间互通(2个路由器如何实现互通)

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在上一篇文章留的小问题中，如果两台电脑的IP地址在同一个网段，电脑会认为在同一个广播域，所以，如果俩电脑加入相同的VLAN，必然可以互通；但如果加入了不同的VLAN，由于彼此"听"不到对方的ARP广播，自然也不会应答，所以无法互通。
如果俩电脑的IP地址不在同一个网段，电脑会认为不在同一个广播域，会各自找自己网段的网关。现实生活中一个房间可能会有多个门，但一个广播域只能有一个网关。所以，电脑的IP地址不在同一个网段，不论是否在一个VLAN，都不能互通。
一般地，在进行IP地址规划时，一个VLAN规划在一个网段，不同VLAN规划在不同的网段。
也许有同学产生了疑问：VLAN虽然控制了广播域，提高了网络性能，但是不同VLAN间不能互访也不成啊，难道电脑间要通信只能在同一个VLAN同一个网段？
当然不是了，VLAN只是在二层进行了隔离，目的是控制广播帧。VLAN间要互通，可以通过三层来实现，即所谓的VLAN间路由。
提到路由，最先想到的就是路由器。不错，用路由器的确可以实现VLAN间互通。
要在VLAN间互访，那么VLAN内的电脑必须填写网关（gateway）地址，网关地址就是该VLAN连接的三层设备的接口地址。
图中，PCA访问PCC，由于PCA和路由器的端口1都在VLAN2内，所以可以通过ARP互相获得对方的MAC地址；同理，PCC和路由器的端口3也可以得到对方的MAC地址。
PCA发出访问PCC的标准帧，交换机端口1收到后打上tag变成802.1Q帧，VID为2，然后送到端口3。端口3拆去tag变成标准帧后发出。路由器端口1收到后拆除以太网封装，查找路由表后送到端口3，端口3通过ARP获取PCC的MAC地址后，封装为标准以太网帧发出。交换机端口12收到后打上tag变成802.1Q帧，VID为4，然后送到端口9，端口9拆去tag变回标准帧发给了PCC。
看上去毫无问题，非常完美！可是，交换机上有3个VLAN，路由器就需要3个端口。如果交换机上有30个VLAN呢？
交换机上的端口数量通常很多，24口、48口甚至更多，由于交换机的所有端口仅支持以太网，所以交换机的全名叫"以太网交换机"。
但路由器就不同了，路由器的主要功能不仅是实现三层转发，更重要的是实现不同链路层协议之间的互通，即所谓的"异种网络"互通。链路层协议有很多，除了我们熟悉的以太网外，还有PPP、HDLC、帧中继、ATM等等。所以路由器的接口一般都是由支持不同链路层协议的扩展板卡提供，实现不同链路层协议之间的互通。
所以，路由器实际上并没有那么多的以太网端口！即使有，一个VLAN占一个端口，也显得太浪费了。
不过，路由器的以太网口可以支持"子接口"！
子接口是一种逻辑接口，一个物理接口可以划分出多个"子接口"。一条公路，中间划条线就是双车道，划两条线就是三车道，但实际上还是一条路。
路由器一个接口划成多个子接口，每个子接口处理不同VLAN的帧，就可以节省大量的物理接口。
这种形式，叫做单臂路由。
图中，路由器G0/0是物理接口，划分了三个子接口G0/0.1、G0/0.2和G0/0.3，每个子接口绑定一个VID，专门负责处理携带此VID的802.1Q帧，同时配置一个IP地址作为该VLAN的网关。
交换机通过一个Trunk接口连接路由器G0/0接口。
PCA访问PCB时，PCA发出的标准帧被交换机打上VID2，成为802.1Q帧后来到Trunk接口（Trunk接口一般默认PVID为1），Trunk接口发现此帧的VID与自己的PVID不同，把此802.1Q帧原样发给路由器。路由器G0/0接口收到后，根据携带的VID交给子接口G0/0.1，G0/0.1一看VID，没错，是我的货，拆除以太网封装，送到路由器转发进程查找路由表，路由器根据目的IP地址，把数据包送到子接口G0/0.2，G0/0.2封装为以太网帧，并打上VID3变成802.1Q帧后发给交换机，交换机收到后根据VID送到连接PCB的端口，端口拆除tag变成标准帧后发给PCB。
在单臂路由中，路由器只需要一个接口就可以实现交换机上所有VLAN间的互通，为路由器节省了大量端口。不过我们发现，VLAN间互通的数据会在这条Trunk链路上跑个来回，如果交换机VLAN较多、数据量较大，这条链路很容易"堵车"，导致网络性能下降，但更重要的是，这对路由器的性能是一个巨大挑战。与其说导致网络性能下降的原因是链路"堵车"了，倒不如说是因为路由器拆tag、查路由、加tag，疲于奔命，太累了！
有没有更好的办法呢？


小Q：电脑的IP地址和网关必须在同一个网段吗？
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