早期的局域网LAN技术是基于总线型结构的,它存在以下主要问题:
若某时刻有多个节点同时试图发送消息,那么它们将产生冲突。
从任意节点发出的消息都会被发送到其他节点,形成广播。
所有主机共享一条传输通道,无法控制网络中的信息安全。
这种网络构成了一个冲突域,网络中计算机数量越多,冲突越严重,网络效率越低。同时,该网络也是一个广播域,当网络中发送信息的计算机数量变多时,广播流量将会耗费大量带宽。
因此,传统局域网不仅面临冲突域太大和广播域太大两大难题,而且无法保障传输信息的安全。
为了扩展传统LAN,以接入更多计算机,同时避免冲突的恶化,出现了网桥和二层交换机,它们能有效隔离冲突域。网桥和交换机采用交换方式将来自入端口的信息转发到出端口上,克服了共享网络中的冲突问题。但是,采用交换机进行组网时,广播域和信息安全问题依旧存在。
为限制广播域的范围,减少广播流量,需要在没有二层互访需求的主机之间进行隔离。路由器是基于三层IP地址信息来选择路由和转发数据的,其连接两个网段时可以有效抑制广播报文的转发,但成本较高。因此,人们设想在物理局域网上构建多个逻辑局域网,即VLAN。
VLAN技术可以将一个物理局域网在逻辑上划分成多个广播域,也就是多个VLAN。VLAN技术部署在数据链路层,用于隔离二层流量。同一个VLAN内的主机共享同一个广播域,它们之间可以直接进行二层通信。而VLAN间的主机属于不同的广播域,不能直接实现二层互通。这样,广播报文就被限制在各个相应的VLAN内,同时也提高了网络安全性。
VLAN标签长4个字节,直接添加在以太网帧头中,IEEE802.1Q文档对VLAN标签作出了说明。
TPID:Tag Protocol Identifier,2字节,固定取值,0x8100,是IEEE定义的新类型,表明这是一个携带802.1Q标签的帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧,会将其丢弃。
TCI:Tag Control Information,2字节。帧的控制信息,详细说明如下:
Priority:3比特,表示帧的优先级,取值范围为0~7,值越大优先级越高。当交换机阻塞时,优先发送优先级高的数据帧。
CFI:Canonical Format Indicator,1比特。CFI表示MAC地址是否是经典格式。CFI为0说明是经典格式,CFI为1表示为非经典格式。用于区分以太网帧、FDDI(Fiber Distributed Digital Interface)帧和令牌环网帧。在以太网中,CFI的值为0。
VLAN Identifier:VLAN ID,12比特,在X7系列交换机中,可配置的VLAN ID取值范围为0~4095,但是0和4095在协议中规定为保留的VLAN ID,不能给用户使用。
在现有的交换网络环境中,以太网的帧有两种格式:
没有加上VLAN标记的标准以太网帧(untagged frame);有VLAN标记的以太网帧(tagged frame)。
PVID即Port VLAN ID,代表端口的缺省VLAN。交换机从对端设备收到的帧有可能是Untagged的数据帧,但所有以太网帧在交换机中都是以Tagged的形式来被处理和转发的,因此交换机必须给端口收到的Untagged数据帧添加上Tag。为了实现此目的,必须为交换机配置端口的缺省VLAN。当该端口收到Untagged数据帧时,交换机将给它加上该缺省VLAN的VLAN Tag。
交换机的G0/0/1,G0/0/2,G0/0/3端口分别连接三台主机,都配置为Access端口。主机A把数据帧(未加标签)发送到交换机的G0/0/1端口,再由交换机发往其他目的地。收到数据帧之后,交换机根据端口的PVID给数据帧打上VLAN标签10,然后决定从G0/0/3端口转发数据帧。G0/0/3端口的PVID也是10,与VLAN标签中的VLAN ID相同,交换机移除标签,把数据帧发送到主机C。连接主机B的端口的PVID是2,与VLAN10不属于同一个VLAN,因此此端口不会接收到VLAN10的数据帧。
当Trunk端口收到帧时,如果该帧不包含Tag,将添加上端口的PVID;如果该帧包含Tag,则不改变。
当Trunk端口发送帧时,该帧的VLAN ID在Trunk的允许发送列表中:若与端口的PVID相同时,则剥离Tag发送;若与端口的PVID不同时,则直接发送。
本例介绍了主机A和主机B发送数据给服务器的情况。在SWA和SWB互连的端口上配置了port hybrid tagged vlan 2 3 100命令后,SWA和SWB之间的链路上传输的都是带Tag标签的数据帧。在SWB连接服务器的端口上配置了port hybrid untagged vlan 2 3,主机A和主机B发送的数据会被剥离VLAN标签后转发到服务器。
Hybrid端口既可以连接主机,又可以连接交换机。
Hybrid端口可以以Tagged 或Untagged方式加入VLAN.比如上图,要求主机A和主机B都能访问服务器,但是它们之间不能互相访问。此时交换机连接主机和服务器的端口,以及交换机互连的端口都配置为Hybrid类型。交换机连接主机A的端口的PVID是2,连接主机B的端口的PVID是3,连接服务器的端口的PVID是100。
当接收到对端设备发送的不带Tag的数据帧时,会添加该端口的PVID,如果PVID在允许通过的VLAN ID列表中,则接收该报文,否则丢弃该报文。当接收到对端设备发送的带Tag的数据帧时,检查VLAN ID是否在允许通过的VLAN ID列表中。如果VLAN ID在接口允许通过的VLAN ID列表中,则接收该报文,否则丢弃该报文。
Hybrid端口发送数据帧时,将检查该接口是否允许该VLAN数据帧通过。如果允许通过,则可以通过命令配置发送时是否携带Tag。
配置port hybrid tagged vlan vlan-id命令后,接口发送该vlan-id的数据帧时,不剥离帧中的VLAN Tag,直接发送。该命令一般配置在连接交换机的端口上。
配置port hybrid untagged vlan vlan-id命令后,接口在发送vlan-id的数据帧时,会将帧中的VLAN Tag剥离掉再发送出去。该命令一般配置在连接主机的端口上。
转载请注明来源,欢迎对文章中的引用来源进行考证,欢迎指出任何有错误或不够清晰的表达。可以在下面评论区评论,也可以邮件至 1096485692@qq.com