VLAN 基础理论知识(一)
首页 > HuaWei > VLAN   作者:浙江思唯网络  2015年11月4日 11:39 星期三  字号:   评论:0 条
时间:2015-11-4 11:39   评论:0 条 
 一、简介

VLANVirtual 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/CDCarrier 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:

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vlanaccess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

        vlanID取值范围0-4095,04095为协议保留。

 

二、VLAN基本概念

1VLAN的帧格式

传统的以太网数据帧在目的MAC地址和源MA

C地址之后封装的是上层协议的类型字段,如下图1所示。

  传统的以太网数据帧格式.png

1 传统的以太网数据帧格式

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,如下图2所示。

 802.1Q帧格式.png

2 802.1Q帧格式

802.1Q Tag包含4个字段,各字段解释如下所示:

1TPID  

长度2bytesTag 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。

2PRI    

长度3bitsPriority,表示帧的优先级。    取值范围为07,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。

3CFI     

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。 CFI0说明是经典格式,CFI1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

4VID    

长度12bitsVLAN ID,表示该帧所属的VLANVLAN ID取值范围是04095。由于04095为协议保留取值,所以VLAN ID的有效取值范围是14094

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

 

2、链路类型

如下图3所示,VLAN中有以下两种链路类型:

链路类型示意图.png

      图3 链路类型示意图

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,接入链路上传送到的都是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。

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