概述

  • 一个或多个交换机互连起来的交换式以太网，其所有站点共属于一个广播域
  • 巨大的广播域会带来很多弊端：
    • 广播风暴
      • 浪费资源
      • 除非不许情况下，网络中的主机尽量不使用广播
      • 网络中会频繁出现广播：
        • TCP/IP协议栈中有很多协议都会使用广播：
          • 例如地址解析协议ARP
          • 路由信息协议RIP（小型的内部路由协议）
          • 动态主机配置协议DHCP（用于自动配置IP地址）
      • NetBEUI:Windows下使用的广播型协议
      • IPX/SPX:Novell网络的协议栈
      • Apple Talk:Apple公司的网络协议栈
    • 难以管理和维护
    • 潜在的安全问题
  • 分割广播域的方法
    • 使用路由器可以隔离广播域：
      • 路由器默认情况下不对广播数据包进行转发，所以路由器可以很自然地隔离广播域
      • 但是成本高，都用路由器，不现实

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  • 虚拟局域网VLAN技术应运而生
  • 虚拟局域网VLAN是一种将局域网内的设备划分于物理位置无关的逻辑组的技术，这些逻辑组具有某些共同的需求。

比如这三层楼分别有3个交换机，再有一个交换机把他们组成一个广播域，三台交换机划分三个网段，可以把这些主机划分出VLAN1和VLAN2，同一个VLAN中的主机可以广播通信，不同VLAN中的主机不可以
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实现机制

  • VLAN是在交换机上实现的
  • 需要交换实现以下两大功能：
    • 能够处理带有VLAN标记的帧（IEEE 802.1Q帧）
    • 交换机的各端口可以支持不同的端口类型（不同端口类型的端口对帧的处理有所不同）

IEEE 802.1Q帧

  • IEEE 802.1Q帧（也称Dot One Q帧）对以太网的MAC帧格式进行了扩展，插入了4字节的VLAN标记。

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  • VLAN标记的最后12比特称为VLAN标识符VID，它唯一地标志了以太网帧属于哪一个VLAN。
    • VID的取值范围是0~4095
    • 0和4095都不用来表示VLAN，因此有效取值范围是1~4094

  • 802.1Q帧是由交换机处理的，而不是用户主机处理的。

    • 当交换机收到普通的以太网帧后，会为其插入4字节的VLAN标记，简称打标签。
    • 当交换机转发802.1Q帧时，可能会删除其4字节VLAN标记转变为普通的以太网帧,简称去标签。

      交换机的端口类型

  • 交换机的端口类型一般有以下三种：

    • Access
    • Trunk
    • Hybird 思科交换机没有这种端口

  • 交换机各端口的缺省VLAN ID

    • 在思科交换机上称为Native VLAN，即本征VLAN。
      • 用户未配置VLAN时，所有端口都默认属于VLAN1
    • 在华为交换机上称为Port VLAN ID，即端口VLAN ID，简记为PVID。
      • 为了描述方便，接下来都说PVID，交换机的端口，有且只有一个PVID。

        Access端口

  • Access端口一般用于连接用户计算机

  • Access端口只能属于一个VLAN
  • Access端口的PVID值与端口所属的VLAN的ID相同（默认为VLAN1）

交换机首次上电时，默认配置各端口属于VLAN1，也就是各端口的PVID值等于1，默认配置各端口的类型为Access，用A来表示
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  • Access端口接收处理方法：

一般只接受未打标签的普通以太网MAC帧。根据接收帧的端口PVID给帧打标签

  • Access端口发送处理方式：

若帧中的VID与端口的PVID相等，则去标签，并转发该帧，否则不转发。

Trunk端口

  • 一般用于交换机之间或交换机与路由器之间的互连
  • Trunk可以属于多个VLAN
  • 用户可以设置Trunk端口的PVID值，默认情况下，Trunk的PVID值为1
  • Trunk端口发送处理方法：
    • 对VID等于PVID的帧，去标签再转发；
    • 对VID不等于PVID的帧，直接转发。
  • Trunk端口接收处理方法：
    • 接收未打标签的帧，根据接收真的端口PVID给帧打标签，插入VLAN标记字段，字段中的VID取值与端口的PVID取值相等。
    • 接收已打标签的帧。

下图中，主机A和主机C发广播，分别对应VID等于PVID和VID不等于PVID
得出：交换机之间应用Trunk端口，交换机和主机之间应用Access端口
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Hybrid端口

华为交换机私有

  • Hybrid端口既可用于交换机之间或与路由器的互连（Trunk端口），也可用于与用户计算机之间的互连（Access）
  • Hybrid端口可以属于多个VLAN（同Trunk）
  • 用户可以设置Hybrid端口的PVID值，默认为1（同Trunk）
  • Hybrid端口发送处理方法（同Trunk不同）
    • 查看帧的VID是否在端口的“去标签”列表中：
      • 若存在，则去标签，后再转发
      • 若不存在，则直接转发。
  • Hybrid端口接收处理方法（同Trunk）