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