华为交换机VLAN基础知识（一）
1、VLAN简介
VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接互通，从而将广播报文限制在一个VLAN内。
以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）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、性能显著下降甚至造成网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互连虽然可以解决冲突严重的问题，但仍然不能隔离广播报文和提升网络质量。
在这种情况下出现了VLAN技术，这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的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，广播报文就被限制在一个VLAN内。
使用VLAN能给用户带来以下受益：
1、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。
2、增强局域网的安全性：不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信。
3、提高了网络的健壮性：故障被限制在一个VLAN内，本VLAN内的故障不会影响其他VLAN的正常工作。
4、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。
在物理VLAN中，各主机可以直接通过网络体系结构中的第二层（数据链路层）进行通信，但划分VLAN后，不同VLAN中的主机不可用直接通过第二层进行通信，必须通过第三层（网络层）才能通信。
从物理来看待VLAN：即同一台交换机上不同的VLAN间不通，处于同一IP网段不同VLAN位于不同交换机有时是可以直接互通的；从逻辑来看待VLAN：一个VLAN可以跨越多台物理交换机，即VLAN的中继（Trunk）功能。
同一物理交换机不可能存在两个相同的VLAN；不同交换机可以有相同的VLAN，且不同物理交换机上的相同VLAN间一般情况下是可以直接互访的（前提是他们都位于同一IP网段，且物理连接端口上允许这些VLAN通过）；位于不同交换机上不同VLAN处于同一IP网段，且交换机之间连接的两个端口分别隶属于双方VLAN的Access或不带VLAN标签的Hybrid端口，则这两个VLAN也可以直接通信。
VLAN中继：一台交换机上的VLAN配置信息可以传播、复制到网络中相连的其他交换机上，采用GVRP自动注册来实现
中继端口：Trunk（中继）端口指在一个交换机端口允许一个或多个VLAN通信到达网络中相连的另一台交换机上相同的VLAN中。
VLANID取值范围0-4095,0和4095为协议保留。
2、VLAN的帧格式
图1 传统的以太网数据帧格式
传统的以太网数据帧在目的MAC地址和源MAC地址之后封装的是上层协议的类型字段，如上图1所示。
图2 802.1Q帧格式
IEEE 802.1Q是虚拟桥接局域网的正式标准，对Ethernet帧格式进行了修改，在源MAC地址字段和协议类型字段之间加入4字节的802.1Q Tag，如上图2所示。
802.1Q Tag包含4个字段，各字段解释如下所示：
1、TPID：长度2bytes，Tag Protocol Identifier（标签协议标识符），表示帧类型。取值为0x8100时表示802.1Q Tag帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃。
2、PRI：长度3bits，Priority，表示帧的优先级。取值范围为0～7，值越大优先级越高。用于当交换机阻塞时，优先发送优先级高的数据帧。
3、CFI：长度1bit ，Canonical Format Indicator（标准格式指示位），表示MAC地址是否是经典格式。 CFI为0说明是经典格式，CFI为1表示为非经典格式。用于兼容以太网和令牌环网。在以太网中，CFI的值为0。
4、VID：长度12bits，VLAN ID，表示该帧所属的VLAN。VLAN ID取值范围是0～4095。由于0和4095为协议保留取值，所以VLAN ID的有效取值范围是1～4094。
每台支持802.1Q协议的交换机发送的数据包都会包含VLAN ID，以指明交换机属于哪一个VLAN。因此，在一个VLAN交换网络中，以太网帧有以下两种形式：
有标记帧（tagged frame）：加入了4字节802.1Q Tag的帧；无标记帧（Untagged frame）：原始的、未加入4字节802.1Q Tag的帧。
3、VLAN链路类型
图3 链路类型示意图
如上图3所示，VLAN中有以下两种链路类型：
1、接入链路（Access Link）：用于连接用户主机和交换机的链路。
通常情况下，主机并不需要知道自己属于哪个VLAN，主机硬件通常也不能识别带有VLAN标记的帧。因此，主机发送和接收的帧都是Untagged帧。
2、干道链路（Trunk Link）：用于交换机间的互连或交换机与路由器之间的连接。
干道链路可以承载多个不同VLAN数据，数据帧在干道链路传输时，干道链路的两端设备需要能够识别数据帧属于哪个VLAN，所以在干道链路上传输的帧都是Tagged帧。
说明：
对于主机来说，它不需要知道VLAN的存在。主机发出的是Untagged报文。交换设备接收到报文后，根据配置规则（如接口信息）判断出报文所属的VLAN后，再进行处理。
如果报文需要通过另一台交换机转发，则该报文必须通过干道链路透传到对端交换设备上。为了保证其它交换设备能够正确处理报文中的VLAN信息，在干道链路上传输的报文必须都打上了VLAN标记。
当交换设备最终确定报文出接口后，将报文发送给主机前，需要将VLAN标记从帧中删除，这样主机接收到的报文都是不带VLAN标记的以太网帧。
所以，一般情况下，干道链路上传输的都是tagged帧，接入链路上传输的都是Untagged帧。这样处理的好处是：网络中配置的VLAN信息可以被所有交换设备正确处理，而主机不需要了解VLAN信息。
4、VLAN接口类型
在802.1Q中定义VLAN帧后，设备的有些接口可以识别VLAN帧，有些接口则不能识别VLAN帧。根据对VLAN帧的识别情况，将接口分为4类：
1、Access接口
如前面图3所示，Access接口是交换机上用来连接用户主机的接口，它只能连接接入链路。仅仅允许唯一的VLAN ID通过本接口，这个VLAN ID与接口的缺省VLAN ID相同，Access接口发往对端设备的以太网帧永远是不带标签的帧。
2、Trunk接口
如前面图3所示，Trunk接口是交换机上用来和其他交换机连接的接口，它只能连接干道链路，允许多个VLAN的帧（带Tag标记）通过。
3、Hybrid接口
图4 接口示意图
如上图4所示，Hybrid接口是交换机上既可以连接用户主机，又可以连接其他交换机的接口。Hybrid接口既可以连接接入链路又可以连接干道链路。Hybrid接口允许多个VLAN的帧通过，并可以在出接口方向将某些VLAN帧的Tag剥掉。
说明：Access和Trunk类型接口既可以手工配置，也可以通过LNP协商确定。接口的默认链路类型为协商类型。当链路类型协商为Trunk时，接口缺省加入VLAN1～4094；否则接口链路类型协商为Access，接口缺省加入VLAN1。部分业务（如RRPP、SEP）不支持协商类型接口下配置，需要先手动切换为静态链路类型。
4、QinQ接口
QinQ（802.1Q-in-802.1Q）接口是使用QinQ协议的接口。QinQ接口可以给帧加上双重Tag，即在原来Tag的基础上，给帧加上一个新的Tag，从而可以支持多达4094×4094个VLAN，满足网络对VLAN数量的需求。
图5 QinQ帧格式
QinQ帧的格式如上图5所示。外层的标签通常被称作公网Tag，用来存放公网的VLAN ID。内层标签通常被称作私网Tag，用来存放私网的VLAN ID。
5、缺省VLAN
每种类型的接口都可以配置一个缺省VLAN，对应的VLAN ID为PVID（Port Default VLAN ID）。接口类型不同，缺省VLAN的含义也有所不同。
关于不同类型接口的PVID以及对以太网帧的处理方式请参见各类型接口对数据帧的处理方式。
6、VLAN划分方式
可以基于接口、MAC地址、子网、网络层协议、匹配策略方式来划分VLAN。不同方式的VLAN划分原理及优缺点比较如下表所示。
1、基于接口VLAN划分
给交换机的每个接口配置不同的PVID，即一个接口缺省属于的VLAN。当一个数据帧进入交换机接口时，如果没有带VLAN标签，且该接口上配置了PVID，那么，该数据帧就会被打上接口的PVID。如果进入的帧已经带有VLAN标签，那么交换机不会再增加VLAN标签，即使接口已经配置了PVID。对VLAN帧的处理由接口类型决定。
优点：定义成员简单。缺点：成员移动需重新配置VLAN。
2、基于MAC地址VLAN划分
先配置好MAC地址和VLAN ID映射关系表，如果交换机收到的是Untagged（不带VLAN标签）帧，则依据该表添加VLAN ID。
优点：当终端用户的物理位置发生改变，不需要重新配置VLAN，提高了终端用户的安全性和接入的灵活性。缺点：只适用于网卡不经常更换、网络环境较简单的场景中，需要预先定义网络中所有成员。
3、基于子网VLAN划分
先配置好子网与VLAN映射表，如果交换设备收到的是Untagged（不带VLAN标签）帧，交换设备根据报文中的源IP地址信息，确定添加的VLAN ID。
优点：将指定网段或IP地址发出的报文在指定的VLAN中传输，减轻了网络管理者的任务量，且有利于管理。缺点：网络中的用户分布需要有规律，且多个用户在同一个网段。
4、基于协议VLAN划分
需要配置以太网帧中的协议域和VLAN ID的映射关系表，如果收到的是Untagged（不带VLAN标签）帧，则依据该表添加VLAN ID。
优点：基于协议划分VLAN，将网络中提供的服务类型与VLAN相绑定，方便管理和维护。缺点：需要对网络中所有的协议类型和VLAN ID的映射关系表进行初始配置，需要分析各种协议的地址格式并进行相应的转换，消耗交换机较多的资源，速度上稍具劣势。
5、基于匹配策略（MAC地址、IP地址、接口）VLAN划分
先在交换机上配置好终端的MAC地址和IP地址，并与VLAN关联。只有符合条件的终端才能加入指定VLAN。符合策略的终端加入指定VLAN后，严禁修改IP地址或MAC地址，否则会导致终端从指定VLAN中退出。
优点：安全性非常高，基于MAC地址和IP地址成功划分VLAN后，禁止用户改变IP地址或MAC地址。相较于其他VLAN划分方式，基于MAC地址和IP地址组合策略划分VLAN是优先级最高的VLAN划分方式。缺点：针对每一条策略都需要手工配置。
说明：若入方向Untagged报文同时匹配多种划分VLAN的方式，则优先级顺序从高至低依次是：基于匹配策略划分VLAN->基于MAC地址划分VLAN->基于子网划分VLAN->基于协议划分VLAN->基于接口划分VLAN。可以通过命令改变基于MAC地址划分VLAN和基于子网划分VLAN的优先级，从而决定优先划分VLAN的方式。
华为交换机VLAN基础知识（二） https://www.wlgly.net/post-164.html
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