VLAN技术介绍

VLAN产生原因

以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，载波侦听多路访问/冲突检测）的共享通讯介质的数据网络通讯技术，当主机数目较多时会导致冲突严重、广播泛滥、性能显著下降甚至使网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互联虽然可以解决冲突（Collision）严重的问题，但仍然不能隔离广播报文。在这种情况下出现了VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）技术，这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LAN——VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能  直接互通，这样，广播报文被限制在一个VLAN内，如下图所示。

VLAN 的划分不受物理位置的限制：不在同一物理位置范围的主机可以属于同一个VLAN；一个VLAN 包含的用户可以连接在同一个交换机上，也可以跨越交换机，甚至可以跨越路由器。

VLAN 优点

• 限制广播域。广播域被限制在一个VLAN 内，节省了带宽，提高了网络处理能力。
• 增强局域网的安全性。VLAN 间的二层报文是相互隔离的，即一个VLAN 内的用户不能和其它VLAN 内的用户直接通信，如果不同VLAN 要进行通信，则需通过路由器或三层交换机等三层设备。
• 灵活构建虚拟工作组。用VLAN 可以划分不同的用户到不同的工作组，同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围，网络构建和维护更方便灵活。

VLAN 原理

要使网络设备能够分辨不同 VLAN 的报文，需要在报文中添加标识VLAN 的字段。由于普通交换机工作在OSI 模型的数据链路层，只能对报文的数据链路层封装进行识别。因此，如果添加识别字段，也需要添加到数据链路层封装中。IEEE 于1999 年颁布了用以标准化VLAN 实现方案的IEEE 802.1Q 协议标准草案，对带有VLAN 标识的报文结构进行了统一规定。

VLAN Tag包含四个字段，分别是TPID（Tag Protocol Identifier，标签协议标识符）、Priority、CFI（Canonical Format Indicator，标准格式指示位）和VLAN ID。

• TPID 用来判断本数据帧是否带有VLAN Tag，长度为16bit，缺省取值为0x8100。
• Priority 表示报文的802.1P 优先级，长度为3bit，相关内容请参见“QoS 分册”中的“QoS 配置”。
• CFI 字段标识MAC 地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，长度为1bit，取值为0 表示MAC 地址以标准格式进行封装，为1 表示以非标准格式封装，缺省取值为0。
• VLAN ID 标识该报文所属VLAN 的编号，长度为12bit，取值范围为0～4095。由于0 和4095 为协议保留取值，所以VLAN ID 的取值范围为1～4094。

网络设备利用VLAN ID 来识别报文所属的VLAN，根据报文是否携带VLAN Tag 以及携带的VLAN Tag 值，来对报文进行处理。

VLAN转发流程

交换机VLAN端口

交换机内部的数据帧一律都带有vlan tag，以统一方式处理。

端口类型	接收不带tag的报文处理	接收带tag的报文处理	发送报文处理
Access端口	接收该报文，并打上该端口的PVID	当vlan id与PVID相同时，接收该报文     当vlan id与PVID不同时，丢弃该报文	先剥离帧的PVID tag，再发送
Trunk端口	接收该报文，并打上该端口的PVID	当在允许通过的VLANID列表中，接收该报文； 当不在允许通过的VLANID列表中，丢弃该报文；	当vlan id和PVID相同时，且是该端口允许通过的VLANID，去掉tag，发送报文； 当vlan id和PVID不同时，且是该端口允许通过的VLANID，保持原有tag不变，发送报文；
Hybird端口	接收该报文，并打上该端口的PVID	当在允许通过的VLANID列表中，接收该报文； 当不在允许通过的VLANID列表中，丢弃该报文；	判断端口属性（哪些VLANID需要tag，哪些需要untag），如果是tag直接发送，如果是untag，剥离tag再发送；

VLAN间的通信

三层交换机