VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名為“虛擬局域網(wǎng)”。VLAN是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。這一技術(shù)主要應(yīng)用于交換機(jī)和路由器中，但主流應(yīng)用還是在交換機(jī)之中。但又不是所有交換機(jī)都具有此功能，只有VLAN協(xié)議的第二層以上交換機(jī)才具有此功能。802.1Q的標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)打破了虛擬網(wǎng)依賴(lài)于單一廠(chǎng)商的僵局，從一個(gè)側(cè)面推動(dòng)了VLAN的迅速發(fā)展。

1、交換機(jī)端口工作模式簡(jiǎn)介

交換機(jī)端口有三種工作模式，分別是Access，Hybrid，Trunk。

Access類(lèi)型的端口只能屬于1個(gè)VLAN，一般用于連接計(jì)算機(jī)的端口;

Trunk類(lèi)型的端口可以允許多個(gè)VLAN通過(guò)，可以接收和發(fā)送多個(gè)VLAN的報(bào)文，一般用于交換機(jī)之間連接的端口;

Hybrid類(lèi)型的端口可以允許多個(gè)VLAN通過(guò)，可以接收和發(fā)送多個(gè)VLAN的報(bào)文，可以用于交換機(jī)之間連接，也可以用于連接用戶(hù)的計(jì)算機(jī)。

Hybrid端口和Trunk端口在接收數(shù)據(jù)時(shí)，處理方法是一樣的，唯一不同之處在于發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：Hybrid端口可以允許多個(gè)VLAN的報(bào)文發(fā)送時(shí)不打標(biāo)簽，而Trunk端口只允許缺省VLAN的報(bào)文發(fā)送時(shí)不打標(biāo)簽。

2、基本概念（tag，untag，802.1Q）

untag就是普通的ethernet報(bào)文，普通PC機(jī)的網(wǎng)卡是可以識(shí)別這樣的報(bào)文進(jìn)行通訊;

tag報(bào)文結(jié)構(gòu)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(lái)說(shuō)這樣的報(bào)文普通PC機(jī)的網(wǎng)卡是不能識(shí)別的

下圖說(shuō)明了802.1Q封裝tag報(bào)文幀結(jié)構(gòu)

帶802.1Q的幀是在標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀上插入了4個(gè)字節(jié)的標(biāo)識(shí)。其中包含：

2個(gè)字節(jié)的協(xié)議標(biāo)識(shí)符（TPID），當(dāng)前置0x8100的固定值，表明該幀帶有802.1Q的標(biāo)記信息。

2個(gè)字節(jié)的標(biāo)記控制信息（TCI），包含了三個(gè)域。

Priority域，占3bits，表示報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，取值0到7，7為最高優(yōu)先級(jí)，0為最低優(yōu)先級(jí)。該域被802.1p采用。

規(guī)范格式指示符（CFI）域，占1bit，0表示規(guī)范格式，應(yīng)用于以太網(wǎng);1表示非規(guī)范格式，應(yīng)用于Token Ring。

VLAN ID域，占12bit，用于標(biāo)示VLAN的歸屬。

3、交換機(jī)接口出入數(shù)據(jù)處理過(guò)程

3-1、端口接收?qǐng)?bào)文時(shí)的處理：

Acess端口收?qǐng)?bào)文：

收到一個(gè)報(bào)文，判斷是否有VLAN信息：如果沒(méi)有則打上端口的PVID，并進(jìn)行交換轉(zhuǎn)發(fā)，如果有則直接丟棄（缺省）

trunk端口收?qǐng)?bào)文：

收到一個(gè)報(bào)文，判斷是否有VLAN信息：如果沒(méi)有則打上端口的PVID，并進(jìn)行交換轉(zhuǎn)發(fā)，如果有判斷該trunk端口是否允許該 VLAN的數(shù)據(jù)進(jìn)入：如果允許則報(bào)文攜帶原有VLAN標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄該報(bào)文。

hybrid端口收?qǐng)?bào)文：

收到一個(gè)報(bào)文，判斷是否有VLAN信息：如果沒(méi)有則打上端口的PVID，并進(jìn)行交換轉(zhuǎn)發(fā)，如果有則判斷該hybrid端口是否允許該VLAN的數(shù)據(jù)進(jìn)入：如果可以則轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄。

備注：PVID為Port-base Vlan ID，也就是端口的虛擬局域網(wǎng)ID號(hào)，關(guān)系到端口收發(fā)數(shù)據(jù)幀時(shí)的VLAN TAG 標(biāo)記。

3-2、端口發(fā)送報(bào)文時(shí)的處理

Acess端口發(fā)報(bào)文：

將報(bào)文的VLAN信息剝離，直接發(fā)送出去

trunk端口發(fā)報(bào)文：

比較端口的PVID和將要發(fā)送報(bào)文的VLAN信息，如果兩者相等則剝離VLAN信息，再發(fā)送，否則報(bào)文將攜帶原有的VLAN標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

hybrid端口發(fā)報(bào)文：

判斷該VLAN在本端口的屬性

如果是untag則剝離VLAN信息，再發(fā)送，如果是tag則比較端口的PVID和將要發(fā)送報(bào)文的VLAN信息，如果兩者相等則剝離VLAN信息，再發(fā)送，否則報(bào)文將攜帶原有的VLAN標(biāo)記進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

4、示例講解

多交換機(jī)的情況下，VLAN是怎么工作的呢？下圖所示的這種情況，兩個(gè)交換機(jī)VLAN相同，都是默認(rèn)VLAN 1，即兩個(gè)交換機(jī)之間的聯(lián)系同在VLAN 1之內(nèi)。路由器是所有節(jié)點(diǎn)的出口。

這時(shí)單播，多播和廣播數(shù)據(jù)自由傳輸，所有節(jié)點(diǎn)屬于同一IP地址。這時(shí)節(jié)點(diǎn)之間的通信不會(huì)有問(wèn)題，因?yàn)榻粨Q機(jī)的SAT顯示它們?cè)谕籚LAN。

而下面這種連接方式就會(huì)有問(wèn)題。由于VLAN在連接端口的主機(jī)之間創(chuàng)建了三層邊界，它們將無(wú)法通信。

仔細(xì)看上圖，這里有很多問(wèn)題。第一，所有主機(jī)都在同一IP網(wǎng)，盡管連接到不同的VLAN。第二，路由器在VLAN 1，因此與所有節(jié)點(diǎn)隔離。最后，兩臺(tái)交換機(jī)通過(guò)不同的VLAN互連。每一點(diǎn)都會(huì)造成通信阻礙，合在一起，網(wǎng)絡(luò)各元素之間會(huì)完全無(wú)法通信。

交換機(jī)用滿(mǎn)或同一管理單元物理上彼此分離的情形是很常見(jiàn)的。這種情況下，VLAN需要通過(guò)trunk延伸至相鄰交換機(jī)。trunk能夠連接交換機(jī)，在網(wǎng)絡(luò)間傳載VLAN信息。如下圖所示：

對(duì)之前的拓?fù)涞母倪M(jìn)包括：

PC 1和PC 2分配到192.168.1.0網(wǎng)段以及VLAN 2。

PC 3和PC 4分配到192.168.2.0網(wǎng)段以及VLAN 3。

路由器接口連接到VLAN 2和VLAN 3。

交換機(jī)間通過(guò)trunk線(xiàn)互連。

注意到trunk端口出現(xiàn)在VLAN 1，他們沒(méi)有用字母T來(lái)標(biāo)識(shí)。trunk在任何VLAN都沒(méi)有成員。現(xiàn)在VLAN跨越多交換機(jī)，同一VLAN下的節(jié)點(diǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間承載多于一種VLAN的端到端的連接，將VLAN延伸至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。沒(méi)有VLAN Trunk，VLAN也不會(huì)非常有用。VLAN Trunk允許VLAN數(shù)據(jù)流在交換機(jī)間傳輸，所以設(shè)備在同一VLAN，但連接到不同交換機(jī)，能夠不通過(guò)路由器來(lái)進(jìn)行通信。

一個(gè)VLAN trunk不屬于某一特定VLAN，而是交換機(jī)和路由器間多個(gè)VLAN的通道。如下圖所示，交換機(jī)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(shù)據(jù)流。該網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有VLAN trunk就無(wú)法工作。

當(dāng)安裝好trunk線(xiàn)之后，幀在trunk線(xiàn)傳輸是就可以使用trunk協(xié)議來(lái)修改以太網(wǎng)幀。這也意味著交換機(jī)端口有不止一種操作模式。缺省情況下，所有端口都稱(chēng)為接入端口。當(dāng)一個(gè)端口用于交換機(jī)間互連傳輸VLAN信息時(shí)，這種端口模式改變?yōu)閠runk，節(jié)點(diǎn)也路由器通常不知道VLAN的存在并使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)幀或“untagged”幀。trunk線(xiàn)能夠使用“tagged”幀來(lái)標(biāo)記VLAN或優(yōu)先級(jí)。

因此，在trunk端口，運(yùn)行trunk協(xié)議來(lái)允許幀中包含trunk信息。如下圖所示：

PC 1在經(jīng)過(guò)路由表處理后向PC 2發(fā)送數(shù)據(jù)流。這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一VLAN但不同交換機(jī)。步驟如下：

以太網(wǎng)幀離開(kāi)PC 1到達(dá)Switch 1。

Switch 1的SAT表明目的地是trunk線(xiàn)的另一端。

Switch 1使用trunk協(xié)議在以太網(wǎng)幀中添加VLAN id。

新幀離開(kāi)Switch 1的trunk端口被Switch 2接收。

Switch 2讀取trunk id并解析trunk協(xié)議。

源幀按照Switch 2的SAT轉(zhuǎn)發(fā)至目的地（端口4）。

5、工程實(shí)踐

我們利用cisco packet trace工具來(lái)對(duì)上述描述的vlan的技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行工程實(shí)踐，內(nèi)容包括通過(guò)四臺(tái)PC、兩臺(tái)交換機(jī)，通過(guò)一個(gè)trunk鏈路建立兩個(gè)vlan的過(guò)程。

1、通過(guò)cisco packet trace我們首先建立一個(gè)如下圖的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)果。pc1接switch1的0/1端口;pc2接switch1的0/2端口;laptop0接switch2的0/1端口;laptop1接switch2的0/2端口;trunk鏈路有兩臺(tái)交換機(jī)的普通端口0/3互聯(lián)。

2、分別為四臺(tái)PC分配靜態(tài)的IP。如圖所示PC3為192168.10.1;根據(jù)vlan規(guī)劃，PC2的IP為192.168.20.1;laptop0的IP192.168.20.1;laptop1的IP192.168.20.2;

3、配置switch1，命令如下

Switch》enable

Switch#configure terminal

Switch（config）#hostname SA

SA（config）#vlan 10

SA（config-vlan）#exit

SA（config）#vlan 20

SA（config-vlan）#exit

SA（config）#interface fa0/1

SA（config-if）#switchport access vlan 10

SA（config-if）#exit

SA（config）#interface fa0/2

SA（config-if）#switchport access vlan 20

SA（config-if）#exit

SA（config）#interface fa0/3

SA（config-if）#switchport mode trunk

SA（config-if）#switchport trunk allowed vlan all

通過(guò)測(cè)試

4、配置switch2，命令如下

Switch》enable

Switch#configure terminal

Switch（config）#hostname SB

SB（config）#vlan 10

SB（config-vlan）#exit

SB（config）#vlan 20

SB（config-vlan）#exit

SB（config）#interface fa0/1

SB（config-if）#switchport access vlan 10

SB（config-if）#exit

SB（config）#interface fa0/2

SB（config-if）#switchport access vlan 20

SB（config-if）#exit

SB（config）#interface fa0/3

SB（config-if）#switchport mode trunk

SB（config-if）#switchport trunk allowed vlan all

通過(guò)測(cè)試

5、檢查vlan間的互通性，從PC3（192.168.10.1）ping PClaptop0和laptop1情況如下：