3.11 虚拟局域网

3.11.1 VLAN概述

• 以太网交换机工作在数据链路层（也包括物理层）

• 使用一个或多个以太网交换机互连起来的交换式以太网，其所有站点都属于同一个广播域

• 随着以太网规模的扩大，广播域相应增大、

 

 

巨大的广播域会带来很多弊端

• 广播风暴

• 难以管理和维护

• 潜在的安全问题

假设某个主机要发送数据给另一个主机，但是在自己的ARP告诉缓存表中无法查到目的主机的MAC地址，于是首先要发送ARP广播请求来获取目的主机的MAC地址。该ARP广播请求会传遍整个网络，网络中所有主机都能收到该ARP请求。这就是广播风暴，会大大浪费网络资源和各主机的CPU资源。

有的同学会想，如果至少偶尔出现一次广播风暴，那还是可以接受的。

但是网络中会频繁出现广播信息

• TCP/IP协议栈中的很多协议都会使用广播

  • 地址解析协议ARP（已知IP，找出对应的MAC地址）

  • 路由信息协议RIP（一种小型的内部路由协议）

  • 动态主机配置协议DHCP（用于自动配置IP地址）

那么如何才能将大的广播域分割成小的广播域呢？

• 使用路由器就可以隔离广播域

 

这是一个由交换机连接的广播域

 

 

使用路由器可以分割成两个广播域

 

 

路由器工作在网络体系结构第三层-网络层。由于路由器默认情况下不对广播数据包进行转发，因此隔离广播域是他天生就携带的技能包。

然而，路由器的成本比较高，局域网内部全部使用路由器来隔离广播域是不现实的。在这种情况下，虚拟局域网技术VLAN就应运而生了。

VLAN是一种将局域网内的设备划分成与物理位置无关的逻辑组的技术，这些逻辑组具有某些共同的需求。

如图所示，123楼各有一个局域网

 

 

可将他们通过一个交换机互连成一个更大的局域网，那么原来每一个局域网成为现在局域网的一个网段，网络中的各主机属于同一个广播域。

 

 

某个主机发送的数据包，其它所有主机都可以收到

 

 

根据应用需求，我们划分为两个VLAN，同一个VLAN之间可以广播通信，不同VLAN之间不能广播通信

 

 

那么如何才能实现VLAN呢？

 

3.11.2 VLAN的实现机制

VLAN是在交换机上实现的，需要交换机实现两大功能：

• 一个是能够处理带有VLAN标记的帧

   

   

   

• 交换机的各端口可以支持不同的端口类型

  • 不同类型的端口对帧的处理方式有所不同

先来看看IEEE802.1Q帧

 

 

接下来我们看看以太网交换机的端口类型

• Access

• Trunk

• Hybrid

交换机各端口的默认VLAN ID

• 思科交换机上称为Native VLAN,即本体VLAN

• 华为交换机上叫Port VLAN ID 即端口VLAN ID 简单记为PVID

接下来我们首先介绍Access端口

• Access端口一般用于连接用户计算机

• 只能属于一个VLAN

• Access端口的PVID值与端口所属VLAN的ID相同（默认是1）

 

如图：ABCD连接在交换机的端口上，交换机首次通电时，默认配置各端口属于VLAN1，也就是各端口的PVID值为1。默认配置各端口的类型为Access。

 

 

Access接收处理的方法是：一般只接受“未打标签”的普通以太网MAC帧。根据接收帧的PVID给帧“打标签”，即插入四字节VLAN标记字段，字段中的VID取值与端口的PVID取值相等。

A主机发送广播，从端口1进入交换机，于是给帧贴上标签VID=1，这小子是从我端口1进来的，属于PVID1，剩下的哥几个自己看着办，是我们组(PVID=1)的就负责转发，不是我们组的就别瞎掺和。于是234端口都转发该帧，转发之前会去标签，把VID=1撕掉。

 

 

接下来我们介绍Trunk端口

• trunk端口一般用于交换机之间或者交换机与路由器之间的互连。

• trunk端口可以属于多个VLAN（可以接收和转发多个VLAN的帧）

• 默认端口值为1，用户也可以自己定义

• 对VID=PVID的帧去标签转发（对于不相等的直接带着标签转发）

• 第二个收到的T端口给去标签的帧再打上标签转发

 

 

练习题：

 

 

最后简单介绍Hybrid:

 

 

 

 

帧的VID取值要在端口的去标签列表中就可以接受转发。