VLAN 入门教程图解 (案例、过程、分析，并有配套的仿真链接）

    VLAN 入门教程用最简单的拓扑、场景说明 VLAN 的核心过程 . 案例的拓扑是一个局网里有六台主机 , 两个 VLAN,   场景包括 VLAN 配置命令， Ping 及 ARP Request 是怎么被交换机 tagging 、洪泛、转发、 untagging 。案例有两个版本：图解、仿真。本文是图解版本，从仿真截图，并加标注，介绍主要步骤的演变。 仿真版本 显示 VLAN 的整个过程，可以过程配置 - 数据包 -MAC 表之间的因果关系。

-          背景 ：在局网内用交换机连接主机，有许多好处：交换机接口多，连线容易，若连接几个交换机，局网内的主机数量可以扩充到千百以上。缺点是洪泛影响大、保密性不够、工作组配置麻烦。 VLAN ( 虚拟局网 ) 解决了这些问题，被广泛的使用。要进一步了解局网、洪泛、交换机，请见参考资料。

-          VLAN 原理 ： VLAN 用配置交换机接口的手段把局网划分几个较小的局网，称为虚拟局网 (Virtual  LAN) 。它主要的工作是：数据包在进入 VLAN 时，交换机根据出入口接口 (access link) 配置，把数据包加上一个 VLAN 标签  (tagging),   然后根据（数据包 MAC 地址， VLAN tag ）在 VLAN 内洪泛、转发，经主干连线 (trunk link) 抵达目的主机连接的交换机 , 出×××换机把 VLAN 标签除掉 (untagging) ，然后把数据发送到目的主机。这段文字有些抽象、拗口，看图解、仿真能形象的看的清楚些。

-          预备知识 ：交换机、 ARP.

 

1. 拓扑：

在一个局网里，有六台主机 H1~H6 连接到两个交换机 S1, S2 。 H1, H5, H6 在 VLAN 2, H2, H3, H4 在 VLAN 。

VLAN 2 用蓝色代表，包括 H1, H5, H6.  VLAN 3 用红色代表，包括 H2, H3, H4 。

交换机连接到主机的接口叫进出口链路 (access link), 用来划分 VLAN 。例：主机 H1 连接到交换机 S1 的 F0/1 接口，若把 F0/1 设为 VLAN 2 的 access link ， H1 就属于 VLAN 2. 。

交换机之间连线的接口叫主干链路（ trunk link ）， 用来传送所有 VLAN 的数据包。图中 S1 的 F0/7 接口 , S2 的 F0/7 接口都是 trunk link 。

地址以 < 地址类别 >.< 主机 > 表示。例： H1 的 IP 地址是 IP.H1, H1 的 MAC 地址是 MAC.H1 。

【注】这个拓扑是从 VLAN Basic仿真 截图而来，仿真显示 VLAN 的整个过程，可以看到 配置命令 - 数据包传送 -MAC 表之间的因果关系， 用户能控制时间轴教程数据包内容。

 

 

2. 配置 VLAN access link ：交换机 - 主机。 H1, H5, H6 在 VLAN 2 ( 蓝色 ) ， H2, H2, H4 在 VLAN 3 （红色）。

交换机连接到主机的接口是 access link ，配置 VLAN 时先配置交换机的 access link 。 图中交换机 S1 的命令窗口显示配置 S1 的 F0/1 接口的命令：

-          配置 VLAN 2: 把 VLAN 2 添加到 VLAN 数据库： vlan database; vlan 2; apply;

-          配置 access link: 把连接到主机 H1 的接口 F0/1 设为 VLAN 2 。 Interface f0/1; switchport access vlaan 2.

 

 

3. 配置 VLAN trunk link （主干线） : 交换机 – 交换机 接口

交换机与交换机之间的接口是 trunk 。这案例中， S1 的 F0/7 接口连接到 S2 的 F0/7 接口，这两个接口应设为 trunk llink 。图中命令窗口显示：

-          把 F0/7 的状态设为 trunk:  switchport mode trunk; interface f0/7;

-          把 F0/7 设为 trunk: switchport trunk allowed vlan all

 

4. H1 发送 ARP Request 查询 H6 的 MAC 地址 (VLAN 2)

H1 要 ping H6, 看看它是否在线。但不知道 H6 的 MAC 地址 , 就发送 ARP Request 查询。

发送 ARP Request 后， H1 的 ARP 表添加了一个条目 (IP.H6, Incomplete), ，表示正在查询 H6 的 MAC 地址。

这时的 ARP Request 没有 VLAN tag.

 

 

 

5. 交换机 S1 tagging, 把 VLAN 2 的标签插入 ARP Request

-          S1 接口 F0/1 收到 ARP Request 时，把一个 VLAN 2 的标签插入 ARP Request ，这就是 VLAN tagging 。交换机转换数据包时，用 MAC 及 VLAN tag 来决定怎么转发、洪泛。

-          S1 收到 ARP Request 时， MAC 表是空的， S1 把 ARP Request 的源 MAC 地址 (MAC.H1) 及 VLAN tag (VLAN 2) 作为一个新条目 (MAC.H1, 2) 添加到 MAC 表。这叫做发现 MAC ，详情见参考资料。

 

 

6.   H1 发送的 ARP Request 在 VLAN 2 洪泛 , 离开 VLAN 2 时被 untagging 送往 H5, H6 。 H6 收到后发送 ARP Reply 。

l  当 S2 收到 ARP Request 时，用其目的 MAC 地址及 VLAN ID 查索 MAC 表，没找到，无法转发，就把它洪泛到 F0/5, F0/6 。 S2 先把 VLAN 标签拿掉，然后才发送， 数据包离开 VLAN 时，不再有标签了，这就是 VLAN untagging 　 VLAN tagging, untagging 的功能使得主机无需知道 VLAN, 不必做任何配制。例： 300 个主机在局网里用三个交换机相连接，被划分为 5 个 VLAN, 网关只需配置三个交换机。而 1 不是配置 300 台主机。

l  H6 收到 ARP Request 后， 发 送 ARP Reply 回 复 H1 。 ARP Reply 被 S2 tag 为 VLAN 2, 送往 S1 。

 

 

 

7.  H1 发送 Ping, H4 发送 ARP Request

H1 收到了 H6 的 ARP Reply 后 , 更新了 ARP 表。现在 H1. 知道了 H6 的 MAC 地址 , 可以 ping H6 了。

同时 H4 也要 ping H2. 但不知道 H2 的 MAC 地址 1, 就发送 ARP Request, 在 VLAN 2 查询 H2 的 MAC 地址。

图中显示 ping 和 ARP Request 都还没有进入 VLAN, 它们还没有被交换机 tag.

 

 

 

8. Trunk 上同时有 VLAN 2, VLAN 3 的数据包在传送。

Ping 被 S1 tag 后 , 转发到 trunk link 接口 F0/7, 送往 H6 。 .ARP Request 被 S2 tag 后 , 转发到 trunk link 接口 F0/7, 送往 H2 。图中可见 Ping 和 ARP Request 分属 VLAN 2, 3, 答同时在主干上传送。

 

参考资料：

[a] 交换机怎么转发、洪泛数据包，发现新地址。

Visualland.net Switch_VLAN 仿真目录 （ Switch VLAN overview ） , 交换机转发、洪泛 , 交换机发现MAC  

谢希仁 计算机网络第五版 3.5.2 在数据链路层扩展以太网

Wikipedia: Network Switch. http://en.wikipedia.org/wiki/Network_switch

 [b] VLAN

Visualland VLAN 仿真目录

谢希仁 计算机网络第五版 3.5.2 在数据链路层扩展以太网

RFC 3069 VLAN Aggregation for Efficient IP Address Allocation http://www.faqs.org/rfcs/rfc3069.html 

Wikipedia: Virtual LAN http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_LAN

 Wikipedia: IEEE 802.1Q http://en.wikipedia.org/wiki/802.1q

[c] ARP

Visualland ARP仿真目录, ARP Basic仿真,  ARP switch仿真.

谢希仁 计算机网络第五版 4.2.4 b 地址解析协议 ARP

RFC 826 http://www.faqs.org/rfcs/rfc826.html