二层VLAN隔离技术详解四VLAN聚合
产生背景：
交换网络中， VLAN 技术以其对广播域的灵活控制和部署方便而得到了广泛的应用。但是在一般的三层交换机中，通常是采用一个VLAN 对应一个三层逻辑接口的方式实现广播域之间的互通，这样导致了IP 地址的浪费。例如，设备内 VLAN划分如图所示。
如表所示， VLAN2 预计未来有10 个主机地址的需求，给其分配一个掩码长度是 28的子网1.1.1.0/28，其中1.1.1.0 为子网号， 1.1.1.15为子网定向广播地址，这两个地址都不能用作主机地址，此外 1.1.1.1作为子网缺省网关地址也不可作为主机地址，剩下范围在 1.1.1.2～1.1.1.14的地址可以被主机使用，共 13 个。这样，尽管VLAN2 只需要 10个地址，但是按照子网划分却要分给它 13个地址。
同理， VLAN3 预计未来有5 个主机地址的需求，至少需要分配一个掩码长度是 29的子网 1.1.1.16/29。VLAN4预计未来只有 1 个主机，则分配一个掩码长度是30 的子网 1.1.1.24/30。
上述 VLAN 一共需要10+5+1＝16个地址，但是按照普通 VLAN 的编址方式，即使最优化的方案也需要占用16＋8＋4＝28个地址，浪费了将近一半的地址。而且，如果 VLAN2 后来并没有10 台主机，而实际只接入了 3台主机，那么多出来的地址也会因不能再被其他 VLAN 使用而被浪费掉。
同时，这种划分也给后续的网络升级和扩展带来了很大不便。假设 VLAN4今后需要再增加 2 台主机，而又不愿意改变已经分配的IP 地址。并且在 1.1.1.24后面的地址已经分配给了其他人的情况下，只能再给 VLAN4的新用户重新分配一个的 29位掩码的子网和一个新的VLAN。这样 VLAN4中的客户虽然只有3 台主机，但是却被分配在两个子网中，并且也不在同一个VLAN 内，不利于网络管理。
综上所述，很多 IP 地址被子网号、子网定向广播地址、子网缺省网关地址消耗掉，而不能用于VLAN内的主机地址。同时，这种地址分配的约束也降低了编址的灵活性，使许多闲置地址也被浪费掉。为了解决这一问题VLAN Aggregation 就应运而生。
实现原理
VLAN Aggregation（VLAN聚合，也称 Super VLAN）技术就是在一个物理网络内，用多个VLAN隔离广播域，使不同的 VLAN属于同一个子网。它引入了 Super-VLAN 和Sub-VLAN 的概念。
Super-VLAN：和通常意义上的VLAN 不同，它只建立三层接口，与该子网对应，而且不包含物理接口。可以把它看作一个逻辑的三层概念—若干 Sub-VLAN 的集合。
Sub-VLAN：只包含物理接口，用于隔离广播域的 VLAN，不能建立三层 VLAN 接口。它与外部的三层交换是靠 Super-VLAN 的三层接口来实现的。
一个 Super-VLAN 可以包含一个或多个保持着不同广播域的Sub-VLAN。Sub-VLAN不再占用一个独立的子网网段。在同一个 Super-VLAN 中，无论主机属于哪一个Sub-VLAN，它的 IP地址都在Super-VLAN 对应的子网网段内。
这样， Sub-VLAN 间共用同一个三层接口，既减少了一部分子网号、子网缺省网关地址和子网定向广播地址的消耗，又实现了不同广播域使用同一子网网段地址的目的。消除了子网差异，增加了编址的灵活性，减少了闲置地址浪费。
仍以表所示例子进行说明。用户需求不变。仍旧是VLAN2 预计未来有 10个主机地址的需求，VLAN3 预计未来有5 个主机地址的需求，VLAN4预计未来有 1 个主机地址的需求。
按照 VLANAggregation 的实现方式，新建 VLAN10 并配置为Super-VLAN，给其分配一个掩码长度是 24的子网1.1.1.0/24，其中1.1.1.0 为子网号， 1.1.1.1为子网网关地址如图所示。Sub-VLAN（VLAN2、VLAN3、 VLAN4）的地址划分如表 所示。
VLAN Aggregation 的实现中，各Sub-VLAN 间的界线也不再是从前的子网界线了，它们可以根据其各自主机的需求数目在Super-VLAN 对应子网内灵活的划分地址范围。
从表中可以看到， VLAN2、VLAN3 和 VLAN4共用同一个子网（1.1.1.0/24）、子网缺省网关地址（1.1.1.1）和子网定向广播地址（1.1.1.255）。这样，普通VLAN 实现方式中用到的其他子网号（1.1.1.16、1.1.1.24）和子网缺省网关（1.1.1.17、1.1.1.25），以及子网定向广播地址（1.1.1.15、1.1.1.23、1.1.1.27）就都可以用来作为主机 IP地址使用。
这样， 3 个VLAN 一共需要 10＋5+1＝16个地址，实际上在这个子网里就刚好分配了 16 个地址给（1.1.1.2～1.1.1.17）。这16 个主机地址加上子网号（1.1.1.0）、子网缺省网关（1.1.1.1）和子网定向广播地址（1.1.1.255），一共用去了19 个 IP地址，网段内仍剩余 255-19＝236的地址可以被任意 Sub-VLAN 内的主机使用。
VLAN 间通信
VLAN Aggregation 在实现不同VLAN 间共用同一子网网段地址的同时也带来了 Sub-VLAN间的三层转发问题。
普通VLAN 实现方式中， VLAN间的主机可以通过各自不同的网关进行三层转发来达到互通的目的。但是VLANAggregation 方式下，同一个 Super-VLAN 内的主机使用的是同一个网段的地址和共用同一个网关地址。即使是属于不同的Sub-VLAN 的主机，由于它们同属一个子网，彼此通信时只会做二层转发，而不会通过网关进行三层转发。而实际上不同的Sub-VLAN的主机在二层是相互隔离的，这就造成了 Sub-VLAN间无法通信的问题。
解决这一问题的方法就是使用ARP Proxy。
·不同 Sub-VLAN 间的三层互通
例如，Super-VLAN（VLAN10）包含Sub-VLAN（VLAN2和 VLAN3），具体组网如图所示。
ARP Proxy 实现不同Sub-VLAN 间的三层互通组网图
VLAN2 内的主机A 与 VLAN3内的主机 B 的通信过程如下：（假设主机A 的 ARP表中无主机 B 的对应表项并且网关上使能了Sub-VLAN 间的 ARPProxy）。
1. 主机A 将主机 B的 IP 地址（1.1.1.3）和自己所在网段1.1.1.0/24 进行比较，发现主机B和自己在同一个子网，但是主机A 的ARP 表中无主机 B的对应表项。
2. 主机A 发送 ARP广播，请求主机 B 的MAC 地址。
3. 主机 B并不在 VLAN2 的广播域内，无法接收到主机A 的这个 ARP请求。
4. 由于网关上使能 Sub-VLAN 间的 ARP Proxy，当网关收到主机A 的 ARP请求后，开始在路由表中查找，发现 ARP请求中的主机B 的 IP地址（1.1.1.3）为直连接口路由，则网关向所有其他Sub-VLAN 接口发送一个 ARP广播，请求主机B 的MAC 地址。
5. 主机 B收到网关发送的 ARP 广播后，对此请求进行ARP 应答。
6. 网关收到主机 B的应答后，就把自己的 MAC 地址当作B 的 MAC地址回应给主机 A。
7. 网关和主机 A的 ARP 表项中都存在主机B 的对应表项。
8. 主机A 之后要发给 B的报文都先发送给网关，由网关做三层转发。主机B 发送报文给主机 A的过程和上述的 A 到B 的报文流程类似，不再赘述。
·Sub-VLAN 与外部网络的二层通信
在基于接口的VLAN 二层通信中，无论是数据帧进入接口还是从接口发出都不会有针对Super-VLAN的报文。如图所示。
从 HostA 侧Port1 进入设备 Switch1的帧会被打上 VLAN2 的Tag，在设备 Switch1中这个 Tag不会因为VLAN2 是VLAN10的 Sub-VLAN 而变为VLAN10 的 Tag。该数据帧从Trunk 类型的接口 Port3出去时，依然是携带 VLAN2 的Tag。
也就是说，设备 Switch1 本身不会发出VLAN10 的报文。就算其他设备有 VLAN10的报文发送到该设备上，这些报文也会因为设备 Switch1 上没有VLAN10 对应物理接口而被丢弃。
Super-VLAN 中是不存在物理接口的，这种限制是强制的，表现在：
§如果先配置了 Super-VLAN，再配置Trunk 接口时， Trunk的 VLAN allowed 表项里就自动滤除了Super VLAN。
如图所示，虽然 Switch1 的Port3 允许所有的 VLAN通过，但是也不会有做为Super-VLAN 的VLAN10 的报文从该接口进出。
§如果先配好了 Trunk 接口，并允许所有VLAN 通过，则在此设备上将无法配置 SuperVLAN。本质原因是有物理接口的VLAN 都不能被配置为 SuperVLAN。而允许所有VLAN 通过的Trunk 接口是所有 VLAN的 tagged 接口，当然任何VLAN 都不能被配置为 SuperVLAN。
对于设备 Switch1 而言，有效的VLAN 只有 VLAN2和 VLAN3，所有的数据帧都在这两个VLAN中转发的。
如图 所示， Switch1 上配置了Super-VLAN 4，Sub-VLAN 2 和Sub-VLAN 3，并配置一个普通的 VLAN10；Switch2上配置两个普通的 VLAN10 和 VLAN 20。假设Super-VLAN 4 中的Sub-VLAN2 下的主机 A 想访问与Switch2 相连的主机 C，通信过程如下：（假设Switch1 上已配置了去往 1.1.3.0/24网段的路由， Switch2 上已配置了去往1.1.1.0/24网段的路由）
1. 主机 A将主机 C 的IP 地址（1.1.3.2）和自己所在网段1.1.1.0/24 进行比较，发现主机C和自己不在同一个子网。1. 主机 A发送 ARP 请求给自己的网关，请求网关的MAC 地址。
2. Switch1 收到该ARP 请求后，查找 Sub-VLAN和Super-VLAN的对应关系，从 Sub-VLAN2发送 ARP 应答给主机A。ARP应答报文中的源 MAC 地址为Super-VLAN 4 对应的VLANIF4的 MAC 地址。
3. 主机 A学习到网关的 MAC 地址。
4. 主机 A向网关发送目的 MAC 为Super-VLAN 4 对应的VLANIF4 的 MAC、目的IP 为1.1.3.2的报文。
5. Switch1 收到该报文后进行三层转发，下一跳地址为1.1.2.2，出接口为 VLANIF10，把报文发送给Switch2。
6. Switch2 收到该报文后进行三层转发，通过直连出接口VLANIF20，把报文发送给主机C。
7. 主机 C的回应报文，在 Switch2 上进行三层转发到达Switch1。
8. Switch1 收到该报文后进行三层转发，通过Super-VLAN，把报文发送给主机 A。
