VLAN技术详解二（VLAN帧结构）

二、VLAN帧结构
    在交换机的汇聚链接上，可以通过对数据帧附加VLAN信息，构建跨越多台交换机的VLAN。
附加VLAN信息的方法，最具有代表性的有：
      ●  IEEE802.1Q
      ●  ISL

    现在就让我们看看这两种协议分别如何对数据帧附加VLAN信息。
2.1 IEEE802.1Q
    IEEE802.1Q，俗称“Dot One Q”，是经过IEEE认证的对数据帧附加VLAN识别信息的协议。 在此，请大家先回忆一下以太网数据帧的标准格式。
IEEE802.1Q所附加的VLAN识别信息，位于数据帧中“发送源MAC地址”与“类别域（Type Field）”之间。具体内容为2字节的TPID和2字节的TCI，共计4字节。 在数据帧中添加了4字节的内容，那么CRC值自然也会有所变化。这时数据帧上的CRC是插入TPID、TCI后，对包括它们在内的整个数据帧重新计算后所得的值。
基于IEEE802.1Q附加的VLAN信息，就像在传递物品时附加的标签。因此，它也被称作“标签型VLAN（Tagging VLAN）”。
 

1. TPID (Tag Protocol Identifier，也就是EtherType)
是IEEE定义的新的类型，表明这是一个加了802.1Q标签的帧。TPID包含了一个固定的值0x8100。

2. TCI (Tag Control Information)
包括用户优先级(User Priority)、规范格式指示器(Canonical Format Indicator)和 VLAN ID。
①User Priority：该字段为3-bit，用于定义用户优先级，总共有8个(2的3次方)优先级别。IEEE 802.1P 为3比特的用户优先级位定义了操作。最高优先级为7，应用于关键性网络流量，如路由选择信息协议（RIP）和开放最短路径优先（OSPF）协议的路由表更新。优先级6和5主要用于延迟敏感（delay-sensitive）应用程序，如交互式视频和语音。优先级4到1主要用于受控负载（controlled-load）应用程序，如流式多媒体（streaming multimedia）和关键性业务流量（business-critical traffic） － 例如，SAP 数据 － 以及“loss eligible”流量。优先级0是缺省值，并在没有设置其它优先级值的情况下自动启用。
②CFI：CFI值为0说明是规范格式，1为非规范格式。它被用在令牌环/源路由FDDI介质访问方法中来指示封装帧中所带地址的比特次序信息。
③VID：该字段为12-bit， VLAN ID 是对 VLAN 的识别字段，在标准 802.1Q 中常被使用。支持4096(2的12次方) VLAN 的识别。在4096可能的VID 中，VID＝0 用于识别帧优先级。 4095(FFF)作为预留值，所以 VLAN 配置的最大可能值为4094。 所以有效的VLAN ID范围一般为1-4094。

2.2 ISL（Inter Switch Link）
ISL，是Cisco产品支持的一种与IEEE802.1Q类似的、用于在汇聚链路上附加VLAN信息的协议。 使用ISL后，每个数据帧头部都会被附加26字节的“ISL包头（ISL Header）”，并且在帧尾带上通过对包括ISL包头在内的整个数据帧进行计算后得到的4字节CRC值。换而言之，就是总共增加了30字节的信息。 在使用ISL的环境下，当数据帧离开汇聚链路时，只要简单地去除ISL包头和新CRC就可以了。由于原先的数据帧及其CRC都被完整保留，因此无需重新计算

•    DA �D 40位组播目的地址。包括一个广播地址0X01000C0000或者是0X03000C0000。
•    Type �D 各种封装帧（Ethernet (0000)、Token Ring (0001)、FDDI (0010) 和 ATM (0011)）的4位描述符。
•    User �D Type 字段使用的4位描述符扩展或定义 Ethernet 优先级。该二进制值从最低优先级开始0到最高优先级3。
•    SA �D 传输 Catalyst 交换机中使用的48位源 MAC 地址。
•    LEN �D 16位帧长描述符减去 DA、type、user、SA、LEN 和 CRC 字段。
•    AAAA03 �D 标准 SNAP 802.2 LLC 头。
•    HAS �D SA 的前3字节（厂商的 ID 或组织唯一 ID）。
•    VLAN �D 15位 VLAN ID。低10位用于1024 VLAN。
•    BPDU �D 1位描述符，识别帧是否是生成树网桥协议数据单元（BPDU）。如果封装帧为思科发现协议（CDP）帧，也需设置该字段。
•    INDEX �D 16位描述符，识别传输端口 ID。用于诊断差错。
•    RES �D 16位预留字段，应用于其它信息，如令牌环和分布式光纤数据接口帧（FDDI），帧校验（FC）字段。
•    ISL帧最大为1548bytes,iSL包头26+1518+4=1548
    ISL有如用ISL包头和新CRC将原数据帧整个包裹起来，因此也被称为“封装型VLAN（Encapsulated VLAN）”。 需要注意的是，不论是IEEE802.1Q的“Tagging VLAN”，还是ISL的“Encapsulated VLAN”，都不是很严密的称谓。不同的书籍与参考资料中，上述词语有可能被混合使用，因此需要大家在学习时格外注意。 并且由于ISL是Cisco独有的协议，因此只能用于Cisco网络设备之间的互联。
IEEE 802.Q和ISL的异同：
相同点：都是显式标记，即帧被显式标记了VLAN的信息。
不同点：IEEE 802.1Q是公有的标记方式，ISL是Cisco私有的，ISL采用外部标记的方法，802.1Q采用内部标记的方法，ISL标记的长度为30字节，802.1Q标记的长度为4字节。

VLAN的TRUNK协议（VTP）
一、VTP概述

VLAN中继协议（VTP，VLAN　TRUNKING PROTOCOL）是CISCO专用协议，大多数交换机都支持该协议。VTP负责在VTP域内同步VLAN信息，这样就不必在每个交换上配置相同的VLAN信息。
VTP还提供一种映射方案，以便通信流能跨越混合介质的骨干。
VTP最重要的作用是，将进行变动时可能会出现在的配置不一致性降至最低。
VTP也有一些缺点，这些缺点通常都与生成树协议有关。

1、VTP协议的作用
VLAN中继协议（VTP）利用第2层中继帧，在一组交换机之间进行VLAN通信。VTP从一个中心控制点开始，维护整个企业网上VLAN的添加、添加和重命名工作，确何配置的一致性。
2、VTP的优点
＞保持配置的一致性
＞提供跨不同介质类型如ATM 、FDDI和以太网配置虚拟局域网的方法
＞提供跟踪和监视虚拟局域网的方法
＞提供检测加到另一个交换机上的虚拟局域的方法
＞提供从一个交换机在整个管理域中增加虚拟局域网的方法

二、VTP的工作原理
1、VTP概述和工作原理
VTP是一种消息协议，使用第2层帧，在全网的基础上管理VLAN的添加、删除和重命名，以实现VLAN配置的一致性。可以用VTP管理网络中VLAN1到1005。
有了VTP，就可以在一台机换上集中过时行配置变更，所作的变更会被自动传播到网络中所有其他的交换机上。（前提是在同一个VTP域）
为了实现此功能，必须先建立一个VTP管理域，以使它能管理网络上当前的VLAN。在同一管理域中的交换机共享它们的VLAN信息，并且，一个交换机只能参加到一个VTP管理域，不同域中的交换机不能共享VTP信息。
交换机间交换下列信息：
＞管理域域名
＞配置的修订号
＞已知虚拟局域网的配置信息．
交换机使用配置修正号，来决定当前交换机的内部数据是否应该接受从其他交换机发来的VTP更新信息。
＞如果接收到的VTP更新配置修订号与内部数据库的修订号相同域者比它小，交换机忽略更新。
＞否则，就更新内部数据库，接受更新信息。
VTP管理域在安全模式下，必须配置一个在VTP域中所有交换机惟一的口令。
VTP的运行有如下特点：
＞VTP通过发送到特定MAC地址01－00－0C－CC－CC－CC的组播VTP消息进行工作。
＞VTP通告只通过中继端口传递。
＞VTP消息通过VLAN1传送。（这就是不能将VLAN1从中继链路中去除的原因）
＞在经过了DTP自动协商，启动了中继之后，VTP信息就可以沿着中继链路传送．
＞VTP域内的每台交换机都定期在每个中继端口上发送通告到保留的VTP组播地址
VTP通告可以封装在ISL或者IEEE802.1Q帧内。

2、VTP域
VTP域，也称为VLAN管理域，由一个以上共享VTP域名的相互接连的交换机组成。
要使用VTP，就必须为每台交换机指定VTP域名．VTP信息只能在VTP域内保持。一台交换机可属于并且只属于一个VTP域。
缺省情况下，CATALYST交换机处于VTP服务器模式，并且不属于任何管理域，直到交换机通过中继链路接收了关于一个域的通告，或者在交换机上配置了一个VLAN管理域，交换机才能在VTP服务器上把创建或者更改VLAN的消息通告给本管理域内的其他交换机
如果在VTP服务器上进行了VLAN配置变更，所做的修改会传播到VTP域内的所有交换机上。
如果交换机配置为＂透明＂模式，可以创建或者修改VLAN，但所做的修改只影响单个的交换机。
控制VTP功能的一项关键参数是VTP配置修改编号。这个32位的数字表明了VTP配置的特定修改版本。配置修改编号的取值从0开始，每修改一次，就增加1直到达到4294967295，然后循环归0，并重新开始增加。每个VTP设备会记录自己的VTP配置修改编号；VTP数据包会包含发送者的VTP配置修改编号。这一信息用于确定接收到的信息是否比当前的信息更新。
要将交换机的配置修改号置为0，只需要禁中继，改变VTP的名称，并再次启用中继。
VTP域的要求：
＞域内的每台交换机必须使用相同的VTP域名，不论是通过配置实现，还是由交换机自动学动
＞CATALYST交换机必须是相邻的，这意味着，VTP域内的所有交换机形成了一颗相互连接的树．每台交换机都通过这棵树与其他交换机相互。
＞在所有的交换机之间，必须启用中继。

3、VTP的运行模式
VTP模式有3种，分别是：
＞服务器模式（SERVER　缺省）
VTP服务器控制着它们所在域中VALN的生成和修改。所有的VTP信息都被通告在本域中的其他交换机，而且，所有这些VTP信息都是被其他交换机同步接收的。
＞客户机模式（CLIENT）
VTP客户机不允许管理员创建、修改或删除VLAN。它们监听本域中其他交换机的VTP通告，并相应修改它们的VTP配置情况。
＞透明模式（TRANSPARENT）
VTP透明模式中的交换机不参与VTP。当交换机处于透明模式时，它不通告其VLAN配置信息。而且，它的VLAN数据库更新与收到的通告也不保持同步。但它可以创建和删除本地的VLAN。不过，这些VLAN的变更不会传播到其他任何交换机上。
各种运行模式的状态
功能        服务器模式   客户端模式    透明模式
提供VTP消息    √          √            ×
监听VTP消息    √          √            ×
修改VLAN        √         ×            √(本地有效）
记住VLAN        √        ×√（在不同的版本有不同的结果）    √（本地有效）

4、VTP的通告
1.VTP通告概述
使用VTP时，加入VTP域的每台交换机在其中继端口上通告如下信息．
＞管理域
＞配置版本号
＞它所知道的VLAN
＞每个已知VLAN的某些参数
这些通告数据帧被发送到一个多点广播地址（组播地址），以使所有相邻设备都能收到这些帧。
新的VLAN必须在管理域内的一台牌服务器模式的交换机上创建和配置。该信息可被同一管理域中所有其他设备学到
VTP帧是作为一种特殊的帧发送到中继链路上的。
有2种类型的通告：
＞来自客户机的请求，由客户机在启动时发出，用以获取信息。
＞来自服务器的响应
有3种类型的消息：
＞来自客户机的通告请求
＞汇总通告
＞子集通告
VTP通告中可包含如下信息：
＞管理域名称
＞配置版本号
＞MD5摘要－－当配置了口令后，MD5是与VTP一起发送的口令。如果口令不匹配，更新将被忽略。
＞更新者身份－－发送VTP汇总通告的交换机的身份。
VTP通告处理以配置修订号为0为起点．每当随后的字段变更一项时，这个修订号就加1，直到VTP通告被发送出去为止。
VTP修订号存储在NVRAM中，交换机的电源开关不会改变这个设定值。．要将修订号初始化为0，可以用下列方法：
＞将交换机的VTP模式更改为透明模式，然后再改为服务器模式。
＞将交换机VTP的域名更改一次，再更改回原来的域名。
＞使用clear config all命令，清除交换机的配置和VTP信息，再次启动。
2. 3种VTP消息类型
（1）汇总通告
用于通知邻接的CATALYST交换机目前的VTP域名和配置修改编号。缺省情况下，CATALYST交换机每5分钟发送一次汇总通告。
当交换机收到了汇总通告数据包时，它会对比VTP域名：
＞如果域名不同，就忽略此数据包
＞如果域名相同，则进一步对比配置修改编号
＞如果交换机自身的配置修改编号更高或与之相等，就忽略此数据包。如果更小，就发送通告请求。
（2）子集通告
如果在VTP服务器上增加、删除或者修改了VLAN，＂配置修改编号＂就会增加，交换机会首先发送汇总通告，然后发送一个或多个子集通告。挂起或激活某个VLAN，改变VLAN的名称或者MTU，都会触发子集通告。
子集通告中包括VLAN列表和相应的VLAN信息。如果有多个VLAN，为了通告所有的信息，可能需要发送多个子集通告。
（3）通告请求
交换机在下列情况下会发出VTP通告请求：
＞交换机重新启动后
＞VTP域名变更后
＞交换机接到了配置修改编号比自己高的VTP汇总通告

5、VTP域内安全
为了使管理域更安全，域中每个交换机都需要配置域名和口令，并且域名和口令必须相同。
例（将TEST管理域设置为安全管理域）：
＞进入配置模式：
switch#configure terminal
＞配置VTP域名：
switch(config)#vtp domain test
＞配置VTP运行模式：
switch(config)#vtp mode server
＞配置VTP口令：
switch(config)#vtp  password mypassword
＞返回到特权模式：
switch(config)#end
＞查看VTP配置：
switch(config)#show vtp status
删除VTP管理域中的口令，恢复到缺省状态
switch(config)#no vtp password

6、VTP修剪
VTP修剪（VTP PRUNING）是VTP的一个功能，它能减少中继端口上不必要信息量。
在CISCO交换上，VTP修剪功能缺省是关闭的。
缺省情况下，发给某个VLAN的广播会送到每一个在中继链路上承载该VLAN的交换机。即使交换机上没有位于那个VLAN的端口也是如此。
VTP通过修剪，来减少没有必要扩散的通信量，来提高中继链路的带宽利用率。

7、VTP的版本
在VTP管理域中，有两个VTP版本可供采用，cisco catalyst型交换机既可运行版本1，也可运行版本2，但是，一个管理域中，这两个版本是不可互操作的。因此，在同一个VTP域中，每台交换机必须配置相同的VTP版本。
交换机上默认的版本协议是VTP版本1。
如果要在域中使用版本2，只要在一台服务器模式交换机配置VTP版本2就可以了。
VTP版本2增加了版本1所没有的以下主要功能：
＞与版本相关的透明的模式：在VTP版本1中，一个VTP透明模式的交换机在用VTP转发信息给其他交换机时，先检查VTP版本号和域名是否与本机相匹配．匹配时，才转发该消息．VTP版本2在转发信息时，不检查版本号和域名。
＞令牌环支持：VTP版本2支持令牌环交换和令牌环VLAN，这个是VTP版本2和版本1的最大区别。
设置VTP版本2的步骤如下：
＞进入全局配置模式：
switch#config terminal
switch(config)#vtp version 2
switch(config)#end
switch#show vtp status

8、VTP如何在域内增加、减少交换机
1.增加交换机
VTP域是由多台共享同一VTP域名的互连设备组成．交换机只能属于某个VTP域内，各个交换机上的VLAN信息是通过交换机互连中继端口进行传播的。
要把一个交换机加入到一个VTP域内，可以使用
VTP DOMAIN DOMAIN－NAME。
当一个新交换机配置了VTP的域和服务器模式后，交换机每隔300秒，或者，每当VLAN结构发生变化时，就会通告一次。
将新的交换机添加到域中，一定要保证该交换机的修订号已经为0。
VTP修订号存储在NVRAM中，交换机的电源开关不会改变这个设定值．可以使用下列方法：
＞将交换机的VTP模式变到透明模式，然后再变回服务器模式。
＞将交换机的域名修改为一个其他的域名（一个不存在的域），然后再回到原来的域名
＞使用erase startup-config 或 erase nvram命令，清除交换机的配置和VTP信息．再次启动。

2.删除交换机
要从管理域中删除交换机，只要在交换机上删除VTP域名的配置，或者将交换配置为透明模式，即可让这个交换机脱离该VTP管理域．

三、配置VTP
在开始配置VTP和VLAN之前，必须做一些规划．
＞确定将在网络中运行的VTP版本．
＞决定交换机是成为已有管理域的成员，还是另外成为其创立一个新的管理域，如果要加入到已有的管理域中，则确定它的名称和口令．
＞为交换机选择一个VTP的工作模式．
＞是否需用启用修剪功能．
2950缺省配置：
＞VTP域名：空
＞VTP模式：SERVER服务器模式
＞VTP版本2：禁用
＞VTP认证：空，未启用
＞VTP修剪：未启用

1、创立VTP域和配置模式
＜1＞　创立VTP域
switch(config)#vtp domain domina-name
创立或加入一个管理域，使用下面步骤：
＞进入全局配置模式
switch#config terminal
＞加入到某个管理域：
switch(config)#vtp domain test
＞返回特权模式：
switch(config)#end
域名长度可达32字符，口令可是64个字符长．
至少应该有一台交换机被设置为服务器模式．
一台交换机不想与网络中的其他交换机共享VLAN信息，刚可以将它设置为透明模式．
实现工作中，建议至少将两台核心交换机设置为VTP服务器模式，而将其他交换机设置为VTP客户机模式．这有效地，如果交换机掉电了，它重启后，可以从服务器处获得有效的VLAN信息．
＜2＞　配置VTP服务器
switch(config)#vtp domain domain-name
switch(config)#vtp mode server
switch#show vtp status
＜3＞　配置VTP客户端
switch(config)#vtp domain domain-name
switch(config)#vtp mode client
switch(config)#exit
＜4＞　配置VTP透明模式
switch(config)#vtp domain domain-name
switch(config)#vtp mode transparent
switch(config)#exit

2、VTP域内的安全、修剪、版本的设置
＜1＞VTP口令的配置：
switch(config)#vtp password mypassword
switch(config)#no vtp password(删除）
＜2＞VTP修剪
＞启动VTP修剪
缺省情况下，在基于IOS交换机的中继商品上，VLAN2－1001都是可修剪的．要在管理域内启动修剪．使用：
switch(config)#vtp pruning
＞从可修剪列表中去除某VLAN
switchport trunk pruning vlan remove vlan-id
用逗号分隔不连续的VLAN ID，其间不要有空格，用短线表明一个ID范围
例（去除VLAN2、3、4、6、8）命令如下：
switchport trunk pruning remove 2-4,6,8
＞检查VTP修剪的配置
要检查VTP修剪的配置，可以使用命令：
show vtp status　和　show interface interface-id switchport
例：（配置VTP修剪）
switch#config terminal
switch(config)#vtp pruning
switch(config)#exit
switch#show vtp status
-
VTP pruning mode :enable(表明修剪已经启动）
-
例2（关闭指定的VLAN修剪）
switch#show interface fa0/3 switchport
trunking vlans active:1-4,6,7,200(说明了在该中继链路上可传输哪些VLAN的数据）
pruning vlans enable:2-1001（说明了该商品上启用了VTP修剪的VLAN列表）
-
switch#config t
switch(config)#interface fa0/3
switch(config-if)#switchport trunk pruning remove vlan  2 3 7
switch(config-if)#end
switch#show interface fa0/3 switchport
-
trunking vlans active:1-4,6,7,200
pruning vlans enable :4-6,8-1001
例3（在管理域中关闭VTP修剪）
switch#config t
switch(config)#no vtp pruning
switch#show vtp status
-
vtp pruning mode :disabled（修剪已关闭）
＜3＞VTP版本设置
switch(config)#vtp version 2（配置为版本2）
switch(config)#no vtp version 2(回到版本1）
switch#show vtp terminal
VTP V2 mode :enable
只有在VTP服务器模式下才能变更VTP版本

3、在VTP域内增加、减少交换机的配置方法
＜1＞增加交换机
新加入的交换机的VTP配置号比所要加入的域中原来的VTP服务器上的配置号要低．
添加过程：
＞清除配置：（或其他的方法）
switch(config)#erase startup-config
switch(config)#end
switch#reload
＞配置VTP运行模式：
switch(config)#vtp domain test
＞配置VTP运行模式
switch(config)#vtp mode server
switch(config)#end
switch#show vtp status
＜2＞减少交换机
switch(config)#vtp domain test-a
switch(config)#end
switch#show vtp status