VLAN基本概念
VLAN标签
定义和作用
要使设备能够分辨不同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。如图3-2所示。
VLAN标签包含4个字段，各字段含义如表3-1所示：
| 字段 | 长度 | 含义 | 取值 |
|---|---|---|---|
| TPID | 2Byte | Tag Protocol Identifier（标签协议标识符），表示数据帧类型。 | 表示帧类型，取值为0x8100时表示IEEE 802.1Q的VLAN数据帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃。 各设备厂商可以自定义该字段的值。当邻居设备将TPID值配置为非0x8100时， 为了能够识别这样的报文，实现互通，必须在本设备上修改TPID值，确保和邻居设备的TPID值配置一致。 |
| PRI | 3bit | Priority，表示数据帧的802.1p优先级。 | 取值范围为0～7，值越大优先级越高。当网络阻塞时，设备优先发送优先级高的数据帧。 |
| CFI | 1bit | Canonical Format Indicator（标准格式指示位），表示MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，用于兼容以太网和令牌环网。 | CFI取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装，为1表示以非标准格式封装。在以太网中，CFI的值为0。 |
| VID | 12bit | VLAN ID，表示该数据帧所属VLAN的编号。 | 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。 |
设备利用VLAN标签中的VID来识别数据帧所属的VLAN，广播帧只在同一VLAN内转发，这就将广播域限制在一个VLAN内。
常用设备收发数据帧的VLAN标签情况
- 有标记帧（Tagged帧）：加入了4字节VLAN标签的帧。
- 无标记帧（Untagged帧）：原始的、未加入4字节VLAN标签的帧。
- 用户主机、服务器、Hub只能收发Untagged帧。
- 交换机、路由器和AC既能收发Tagged帧，也能收发Untagged帧。
- 语音终端、AP等设备可以同时收发一个Tagged帧和一个Untagged帧。
为了提高处理效率，设备内部处理的数据帧一律都是Tagged帧。
链路类型和接口类型
设备内部处理的数据帧一律都带有VLAN标签，而现网中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。同时，现网中属于同一个VLAN的用户可能会被连接在不同的设备上，且跨越设备的VLAN可能不止一个，如果需要用户间的互通，就需要设备间的接口能够同时识别和发送多个VLAN的数据帧。
为了适应不同的连接和组网，设备定义了Access接口、Trunk接口和Hybrid接口3种接口类型，以及接入链路（Access Link）和干道链路（Trunk Link）两种链路类型，如图3-3所示。
链路类型
如图3-3所示，根据链路中需要承载的VLAN数目的不同，以太网链路分为：
接入链路
接入链路只可以承载1个VLAN的数据帧，用于连接设备和用户终端（如用户主机、服务器等）。通常情况下，用户终端并不需要知道自己属于哪个VLAN，也不能识别带有Tag的帧，所以在接入链路上传输的帧都是Untagged帧。
干道链路
干道链路可以承载多个不同VLAN的数据帧，用于设备间互连。为了保证其它网络设备能够正确识别数据帧中的VLAN信息，在干道链路上传输的数据帧必须都打上Tag。
接口类型
如图3-3所示，根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，以太网接口分为：
Access接口
Access接口一般用于和不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。它只能收发Untagged帧，且只能为Untagged帧添加唯一VLAN的Tag。
Trunk接口
Trunk接口一般用于连接交换机、路由器、AP以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，但只允许一个VLAN的帧从该类接口上发出时不带Tag（即剥除Tag）。
Hybrid接口
Hybrid接口既可以用于连接不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）和网络设备（如Hub），也可以用于连接交换机、路由器以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端、AP。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，且允许从该类接口发出的帧根据需要配置某些VLAN的帧带Tag（即不剥除Tag）、某些VLAN的帧不带Tag（即剥除Tag）。
Hybrid接口和Trunk接口在很多应用场景下可以通用，但在某些应用场景下，必须使用Hybrid接口。比如一个接口连接不同VLAN网段的场景（如图3-3所示的Router连接Hub的接口）中，因为一个接口需要给多个Untagged报文添加Tag，所以必须使用Hybrid接口。
缺省VLAN
缺省VLAN又称PVID（Port Default VLAN ID）。前面提到，设备处理的数据帧都带Tag，当设备收到Untagged帧时，就需要给该帧添加Tag，添加什么Tag，就由接口上的缺省VLAN决定。
接口收发数据帧时，对Tag的添加或剥除过程，详见“VLAN标签的添加和剥除”。
- 对于Access接口，缺省VLAN就是它允许通过的VLAN，修改缺省VLAN即可更改接口允许通过的VLAN。
- 对于Trunk接口和Hybrid接口，一个接口可以允许多个VLAN通过，但是只能有一个缺省VLAN。接口的缺省VLAN和允许通过的VLAN需要分别配置，互不影响。
VLAN标签的添加和剥除
接口对收发的以太网数据帧添加或剥除VLAN标签的处理依据接口的接口类型和缺省VLAN。下面分别介绍Access接口、Trunk接口、Hybrid接口对收发数据帧的处理过程。
不同类型接口添加或剥除VLAN标签的比较
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。 |
|
先剥离帧的PVID Tag，然后再发送。 |
Trunk接口 |
|
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Hybrid接口 |
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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。 |
- 当接收到不带VLAN标签的数据帧时，Access接口、Trunk接口、Hybrid接口都会给数据帧打上VLAN标签，但Trunk接口、Hybrid接口会根据数据帧的VID是否为其允许通过的VLAN来判断是否接收，而Access接口则无条件接收。
- 当接收到带VLAN标签的数据帧时，Access接口、Trunk接口、Hybrid接口都会根据数据帧的VID是否为其允许通过的VLAN（Access接口允许通过的VLAN就是缺省VLAN）来判断是否接收。
当发送数据帧时：
- Access接口直接剥离数据帧中的VLAN标签。
- Trunk接口只有在数据帧中的VID与接口的PVID相等时才会剥离数据帧中的VLAN标签。
- Hybrid接口会根据接口上的配置判断是否剥离数据帧中的VLAN标签。
因此，Access接口发出的数据帧肯定不带Tag，Trunk接口发出的数据帧只有一个VLAN的数据帧不带Tag，其他都带VLAN标签，Hybrid接口发出的数据帧可根据需要设置某些VLAN的数据帧带Tag，某些VLAN的数据帧不带Tag。
