一文讀懂VLAN和VXLAN技術

VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名為“虛擬局域網”。VLAN是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段，從而實現虛擬工作組的數據交換技術。這一技術主要應用于交換機和路由器中，但主流應用還是在交換機之中。但又不是所有交換機都具有此功能，只有VLAN協議的第二層以上交換機才具有此功能。802.1Q的標準的出現打破了虛擬網依賴于單一廠商的僵局，從一個側面推動了VLAN的迅速發展。

1、交換機端口工作模式簡介

交換機端口有三種工作模式，分別是Access，Hybrid，Trunk。

Access類型的端口只能屬于1個VLAN，一般用于連接計算機的端口;

Trunk類型的端口可以允許多個VLAN通過，可以接收和發送多個VLAN的報文，一般用于交換機之間連接的端口;

Hybrid類型的端口可以允許多個VLAN通過，可以接收和發送多個VLAN的報文，可以用于交換機之間連接，也可以用于連接用戶的計算機。

Hybrid端口和Trunk端口在接收數據時，處理方法是一樣的，唯一不同之處在于發送數據時：Hybrid端口可以允許多個VLAN的報文發送時不打標簽，而Trunk端口只允許缺省VLAN的報文發送時不打標簽。

2、基本概念（tag，untag，802.1Q）

untag就是普通的ethernet報文，普通PC機的網卡是可以識別這樣的報文進行通訊;

tag報文結構的變化是在源mac地址和目的mac地址之后，加上了4bytes的vlan信息，也就是vlan tag頭;一般來說這樣的報文普通PC機的網卡是不能識別的

下圖說明了802.1Q封裝tag報文幀結構

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帶802.1Q的幀是在標準以太網幀上插入了4個字節的標識。其中包含：

2個字節的協議標識符（TPID），當前置0x8100的固定值，表明該幀帶有802.1Q的標記信息。

2個字節的標記控制信息（TCI），包含了三個域。

Priority域，占3bits，表示報文的優先級，取值0到7，7為最高優先級，0為最低優先級。該域被802.1p采用。

規范格式指示符（CFI）域，占1bit，0表示規范格式，應用于以太網;1表示非規范格式，應用于Token Ring。

VLAN ID域，占12bit，用于標示VLAN的歸屬。

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3、交換機接口出入數據處理過程

3-1、端口接收報文時的處理：

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Acess端口收報文：

收到一個報文，判斷是否有VLAN信息：如果沒有則打上端口的PVID，并進行交換轉發，如果有則直接丟棄（缺?。?/p>

trunk端口收報文：

收到一個報文，判斷是否有VLAN信息：如果沒有則打上端口的PVID，并進行交換轉發，如果有判斷該trunk端口是否允許該 VLAN的數據進入：如果允許則報文攜帶原有VLAN標記進行轉發，否則丟棄該報文。

hybrid端口收報文：

收到一個報文，判斷是否有VLAN信息：如果沒有則打上端口的PVID，并進行交換轉發，如果有則判斷該hybrid端口是否允許該VLAN的數據進入：如果可以則轉發，否則丟棄。

備注：PVID為Port-base Vlan ID，也就是端口的虛擬局域網ID號，關系到端口收發數據幀時的VLAN TAG 標記。

3-2、端口發送報文時的處理

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Acess端口發報文：

將報文的VLAN信息剝離，直接發送出去

trunk端口發報文：

比較端口的PVID和將要發送報文的VLAN信息，如果兩者相等則剝離VLAN信息，再發送，否則報文將攜帶原有的VLAN標記進行轉發。

hybrid端口發報文：

判斷該VLAN在本端口的屬性

如果是untag則剝離VLAN信息，再發送，如果是tag則比較端口的PVID和將要發送報文的VLAN信息，如果兩者相等則剝離VLAN信息，再發送，否則報文將攜帶原有的VLAN標記進行轉發。

4、示例講解

多交換機的情況下，VLAN是怎么工作的呢？下圖所示的這種情況，兩個交換機VLAN相同，都是默認VLAN 1，即兩個交換機之間的聯系同在VLAN 1之內。路由器是所有節點的出口。

這時單播，多播和廣播數據自由傳輸，所有節點屬于同一IP地址。這時節點之間的通信不會有問題，因為交換機的SAT顯示它們在同一VLAN。

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而下面這種連接方式就會有問題。由于VLAN在連接端口的主機之間創建了三層邊界，它們將無法通信。

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仔細看上圖，這里有很多問題。第一，所有主機都在同一IP網，盡管連接到不同的VLAN。第二，路由器在VLAN 1，因此與所有節點隔離。最后，兩臺交換機通過不同的VLAN互連。每一點都會造成通信阻礙，合在一起，網絡各元素之間會完全無法通信。

交換機用滿或同一管理單元物理上彼此分離的情形是很常見的。這種情況下，VLAN需要通過trunk延伸至相鄰交換機。trunk能夠連接交換機，在網絡間傳載VLAN信息。如下圖所示：

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對之前的拓撲的改進包括：

PC 1和PC 2分配到192.168.1.0網段以及VLAN 2。

PC 3和PC 4分配到192.168.2.0網段以及VLAN 3。

路由器接口連接到VLAN 2和VLAN 3。

交換機間通過trunk線互連。

注意到trunk端口出現在VLAN 1，他們沒有用字母T來標識。trunk在任何VLAN都沒有成員。現在VLAN跨越多交換機，同一VLAN下的節點可以物理上位于任何地方。

再次解釋下什么是Trunk：

Trunk是在兩個網絡設備之間承載多于一種VLAN的端到端的連接，將VLAN延伸至整個網絡。沒有VLAN Trunk，VLAN也不會非常有用。VLAN Trunk允許VLAN數據流在交換機間傳輸，所以設備在同一VLAN，但連接到不同交換機，能夠不通過路由器來進行通信。

一個VLAN trunk不屬于某一特定VLAN，而是交換機和路由器間多個VLAN的通道。如下圖所示，交換機S1和S2，以及S1和S3之間的鏈路，配置為傳輸從VLAN10，20，30以及90的數據流。該網絡沒有VLAN trunk就無法工作。

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當安裝好trunk線之后，幀在trunk線傳輸是就可以使用trunk協議來修改以太網幀。這也意味著交換機端口有不止一種操作模式。缺省情況下，所有端口都稱為接入端口。當一個端口用于交換機間互連傳輸VLAN信息時，這種端口模式改變為trunk，節點也路由器通常不知道VLAN的存在并使用標準以太網幀或“untagged”幀。trunk線能夠使用“tagged”幀來標記VLAN或優先級。

因此，在trunk端口，運行trunk協議來允許幀中包含trunk信息。如下圖所示：

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