网络交换机如何规划，VLAN原理介绍 _VLAN

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。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。
目的
以太网是一种基于CSMA/CD（Carrier 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。
图5-1 VLAN示意图

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是一个典型的VLAN应用组网图。两台交换机放置在不同的地点，比如写字楼的不同楼层。每台交换机分别连接两台服务器，这四台服务器分别属于两个不同的VLAN 。
受益
使用VLAN能给用户带来以下受益：
· 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。
· 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。
· 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。
· 灵活构建虚拟工作组：用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。
5.2 原理描述
介绍VLAN的实现原理。
5.2.1 VLAN基本概念
VLAN的帧格式
传统的以太网数据帧在目的mac地址和源MAC地址之后封装的是上层协议的类型字段，如图5-2所示。
图5-2 传统的以太网数据帧格式

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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，如图5-3所示。
图5-3 802.1Q帧格式

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802.1Q Tag包含4个字段，各字段解释如表5-1所示：
表5-1 802.1Q Tag各字段含义介绍
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
链路类型
如图5-4所示，VLAN中有以下两种链路类型：
· 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。
· 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。
图5-4 链路类型示意图

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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。