VLAN¶
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VLAN 简介¶
以太网交换基础
二层、三层交换原理在此略过。如果你对下面两张图的内容不熟悉，建议查阅相关资料。
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。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。
VLAN Tag¶
要使交换机能够分辨不同 VLAN 的报文，需要在报文中添加标识 VLAN 信息的字段。IEEE 802.1Q 协议规定，在以太网数据帧的目的 MAC 地址和源 MAC 地址字段之后、协议类型字段之前加入 4 个字节的 VLAN 标签（又称 VLAN Tag，简称 Tag），用以标识 VLAN 信息。VLAN 数据帧格式如图 2 所示。
其中，数据帧中的 VID（VLAN ID）字段标识了该数据帧所属的 VLAN，数据帧只能在其所属 VLAN 内进行传输。
VLAN 划分¶
注意事项
由于设备所有的接口都默认加入 VLAN1，因此当网络中存在 VLAN1 的未知单播、组播或者广播报文时，可能会引起广播风暴。对于不需要加入 VLAN1 的接口及时退出 VLAN1，避免环路。
- 执行命令
vlan vlan-id，创建 VLAN 并进入 VLAN 视图。 - 使用
vlan batch命令可以批量创建多个 VLAN。如果该 VLAN 已经存在，不会再重新创建，保留原来的 VLAN 及其相关配置。
<HUAWEI> system-view
[HUAWEI] vlan 100
[HUAWEI-vlan100] quit
[HUAWEI] display vlan summary
Static VLAN:
Total 2 static VLAN.
1 100
Dynamic VLAN:
Total 0 dynamic VLAN.
Reserved VLAN:
Total 0 reserved VLAN.
VLAN 接口¶
- Access 接口：对于交换机来说，其内部处理的数据帧都带有 VLAN 标签，而现网中交换机连接的设备有些只会收发 Untagged 帧，要与这些设备交互，就需要接口能够识别 Untagged 帧并在收发时给帧添加、剥除 VLAN 标签。
- Trunk 接口：同时，现网中属于同一个 VLAN 的用户可能会被连接在不同的交换机上，且跨越交换机的 VLAN 可能不止一个，如果需要用户间的互通，就需要交换机间的接口能够同时识别和发送多个 VLAN 的数据帧。
不同产商对 VLAN 的接口定义有所不同，下面介绍了华为和 TP-Link 的 VLAN 接口定义。
根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，华为定义了 3 种接口的链路类型：Access、Trunk 和 Hybrid，以适应不同的连接和组网：
| 接口类型 | 对接收不带 Tag 的报文处理 | 对接收带 Tag 的报文处理 | 发送帧处理过程 |
|---|---|---|---|
| Access 接口 | 接收该报文，并打上缺省的 VLAN ID。 | 当 VLAN ID 与缺省 VLAN ID 相同时，接收该报文，否则丢弃该报文。 | 先剥离帧的 PVID Tag，然后再发送。 |
| Trunk 接口 | 打上缺省的 VLAN ID，当缺省 VLAN ID 在允许通过的 VLAN ID 列表里时，接收该报文，否则丢弃该报文。 | 当 VLAN ID 在接口允许通过的 VLAN ID 列表里时，接收该报文，否则丢弃该报文。 | 当 VLAN ID 与缺省 VLAN ID 相同，且是该接口允许通过的 VLAN ID 时，去掉 Tag，发送该报文。 当 VLAN ID 与缺省 VLAN ID 不同，且是该接口允许通过的 VLAN ID 时，保持原有 Tag，发送该报文。 |
| Hybrid 接口 | 同 Trunk。 | 同 Trunk。 | 当 VLAN ID 是该接口允许通过的 VLAN ID 时，发送该报文。可以通过命令设置发送时是否携带 Tag。 |
我们持有的两台 TP-Link 交换机，所有端口均为 GENERAL，可以配置为 tagged 和 untagged。
| 端口类型 | 接收报文 | 发送报文 | |
|---|---|---|---|
| 不带 Tag | 带 Tag | ||
| ACCESS | 添加缺省的 VLAN Tag，即输入端 PVID | 当 VID = PVID，接收，否则丢弃 | 去掉 Tag |
| TRUNK | 当 VID 属于允许通过的 VLAN ID 时，接收，否则丢弃 | 保持原有 Tag | |
| GENERAL | 配置为 Tag 时，保持原有 Tag 配置为 Untagged 时，去掉 Tag |
||
一般情况下，接设备的端口为 Access 接口，接交换机的端口为 Trunk 接口。
[HUAWEI] interface gigabitethernet 1/0/1
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] port link-type access
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] port default vlan 100
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] quit
[HUAWEI] display port vlan gigabitethernet 1/0/1
Port Link Type PVID Trunk VLAN List
-------------------------------------------------------------------------------
GigabitEthernet1/0/1 access 100 -
[HUAWEI] interface gigabitethernet 1/0/2
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/2] port link-type trunk
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/2] port trunk allow-pass vlan 100
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/2] quit
[HUAWEI] display port vlan gigabitethernet 1/0/2
Port Link Type PVID Trunk VLAN List
-------------------------------------------------------------------------------
GigabitEthernet1/0/2 trunk 1 1 100
[HUAWEI] interface gigabitethernet 1/0/3
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/3] port link-type hybrid
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/3] port hybrid tagged vlan 100
[HUAWEI-GigabitEthernet1/0/3] quit
[HUAWEI] display port vlan gigabitethernet 1/0/3
Port Link Type PVID Trunk VLAN List
-------------------------------------------------------------------------------
GigabitEthernet1/0/3 hybrid 1 100
interface interface-type interface-number
port link-type hybrid
// 将 Hybrid 接口以 Untagged 方式加入 VLAN，接口在发送帧时将帧中的 VLAN Tag 去掉。
port hybrid untagged vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } &<1-10> | all }
// 将 Hybrid 接口以 Tagged 方式加入 VLAN，接口在发送帧时不将帧中的 VLAN Tag 去掉。
port hybrid tagged vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } &<1-10> | all }
// 配置 Hybrid 接口的缺省 VLAN。
port hybrid pvid vlan vlan-id
VLAN 间通信¶
划分 VLAN 后，不同 VLAN 之间不能直接通信。如果要实现 VLAN 间通信，需要借助路由器。
三层交换技术是将路由技术与交换技术合二为一的技术，在交换机内部实现了路由，提高了网络的整体性能。三层交换机通过路由表传输第一个数据流后，会产生一个 MAC 地址与 IP 地址的映射表。当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是通过三层，从而消除了路由器进行路由选择而造成的网络延迟，提高了数据包转发效率。
为了保证第一次数据流通过路由表正常转发，路由表中必须有正确的路由表项。因此必须在三层交换机上部署三层接口并部署路由协议，实现三层路由可达。三层交换机一般使用 VLANIF 接口实现该功能。
VLANIF 接口是三层逻辑接口，可以部署在三层交换机上，也可以部署在路由器上。
配置：
- 在 Device 上创建 2 个 VLANIF 接口并配置 VLANIF 接口的 IP 地址，保证两个 VLANIF 接口对应的 IP 地址路由可通。
- 将用户设备的缺省网关设置为所属 VLAN 对应 VLANIF 接口的 IP 地址。
主机 A 和 C 的通信过程：
- 主机 A 将主机 C 的 IP 地址和自己所在网段进行比较，发现主机 C 和自己不在同一个子网。
- 主机 A 发送 ARP 请求给自己的网关 Device，请求网关的 MAC 地址。
- Device 收到该 ARP 请求后，返回 ARP 应答报文，报文中源 MAC 地址为 VLANIF2 的 MAC 地址。
- 主机 A 学习到网关的 MAC 地址。
- 主机 A 向网关发送目的 MAC 为 VLANIF 接口 MAC 地址、目的 IP 为主机 C 的 IP 地址的报文。
- Device 收到该报文后进行三层转发，发现主机 C 的 IP 地址为直连路由，报文将通过 VLANIF3 接口进行转发。
- Device 作为 VLAN3 内主机的网关，向 VLAN3 内发送一个 ARP 广播，请求主机 C 的 MAC 地址。
- 主机 C 收到网关发送的 ARP 广播后，对此请求进行 ARP 应答。
- 网关收到主机 C 的应答后，就把主机 A 的报文发送给主机 C。主机 A 之后要发给 C 的报文都先发送给网关，由网关做三层转发。
VLAN 互通¶
VLAN 间通信场景极多，这里仅介绍一种场景：不同 VLAN 不同网段用户间的通信，用户通过二层交换机互联，仅通过一台三层交换机实现 VLAN 间通信。比如下图中 VLAN2 是数据网，VLAN3 是管理网，TOR 交换机为二层，核心交换机为三层，如何实现数据和管理网之间的通信？
思路如下：
-
三层交换机才能实现 VLAN 间路由，因此需要在核心交换机上配置 VLANIF 接口。
# 创建 VLANIF 接口并配置 IP 地址 [HUAWEI] interface Vlanif2 [HUAWEI-Vlanif2] ip address ***.***.1.*** [HUAWEI-Vlanif2] quit [HUAWEI] interface Vlanif3 [HUAWEI-Vlanif3] ip address ***.***.2.*** [HUAWEI-Vlanif3] quit # 配置到 TOR 交换机的端口为 Trunk 接口 [HUAWEI] interface GigabitEthernet 1/0/1 [HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] port link-type trunk [HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] port trunk allow-pass vlan 2 3 [HUAWEI-GigabitEthernet1/0/1] quit -
在二层交换机上按上一节方法划分 VLAN 即可。