VLAN虚拟局域网知识笔记之(二) VLAN端口类型和基础配置

VLAN虚拟局域网知识笔记之(二)

VLAN端口类型和基础配置

　　VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的局域网在逻辑上划分成多个广播域的技术。通过在交换机上配置VLAN，可以实现在同一个VLAN内的用户可以进行二层互访，而不同VLAN间的用户被二层隔离。这样既能够隔离广播域，又能够提升网络的安全性。

　　书接上一回，本节笔记主要介绍VLAN的端口类型以及配置方法，然后通过抓包查看现象。

 

 

　　PVID

　　PVID表示端口在缺省情况下所属的VLAN（缺省情况下，华为系列的交换机每个端口的PVID都为1）。

 　　

　　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。

 

　　以上图中的主机A为例。主机A向外发送数据：

　　①一般情况下，主机A向外发送的数据帧是不带有Tag的。

　　②交换机SWA接收到该数据帧时，发现其不带有Tag。然后会根据接收到该数据帧的端口上配置的PVID，为该数据帧打上一个Tag，使其能够在交换机之间传输数据。

 

　　Tips：缺省情况下，交换机每个端口的PVID都为1。若没有配置VLAN，交换机会为没有打上Tag（即Untagged）的数据帧打上这个缺省的VLAN Tag。

 

 

 

　　端口类型 -- Access

　　Access端口在收到数据后会添加VLAN Tag，VLAN ID和端口的PVID相同。

　　Access端口在转发数据前会移除VLAN Tag。

　　

　　如上图所示，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。其中G0/0/1和G0/0/2的端口PVID为10（即VLAN 10），G0/0/3的端口PVID为20（即VLAN 20）。

 

　　（一）Access端口基本原理

　　Access端口是交换机上用来连接用户主机的端口，它只能连接接入链路，并且只能允许唯一的VLAN ID通过本端口。

 　　

　　Access端口收发数据帧的规则如下：

　　①如果该端口接收对端设备发送的帧是untagged（不带VLAN标签），交换机将强制加上该端口的PVID。

　　②如果该端口接收对端设备发送的帧是tagged（带VLAN标签），交换机会检查该标签内的VLAN ID。当VLAN ID与该端口的PVID相同时，接收该报文。当VLAN ID与该端口的PVID不同时，丢弃该报文。

　　③Access端口发送数据帧时，总是先剥离帧的Tag，然后再发送。Access端口发往对端设备的以太网帧永远是不带标签的帧。

 

　　（二）示例解释

　　在本示例中，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（不带VLAN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。

　　由于G0/0/2端口的PVID也是10，与VLAN标签中的VLAN ID相同，于是决定从G0/0/2端口转发数据帧。交换机移除VLAN标签 10，把数据帧发送到主机B。

　　连接主机C的端口的PVID是20，与VLAN 10不属于同一个VLAN，因此此端口不会接收到VLAN 10的数据帧。

 

　　（三）Access端口配置方法

　　Step 1：创建VLAN

　　在交换机上划分VLAN时，需要首先创建VLAN。

　　命令：vlan <vlan-id>

　　

 

　　如本例所示，执行vlan 10命令后，就创建了VLAN 10，并进入了VLAN 10视图。

　　VLAN ID的取值范围是1到4094。

 

　　Tips：当需要创建多个VLAN时

　　可以在交换机上执行命令：vlan batch { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] }，以创建多个连续的VLAN。

 　　

　　如本例所示，执行命令后，创建了VLAN 10到VLAN 20连续10个VLAN。

 

　　也可以执行vlan batch { vlan-id1 vlan-id2 }命令，创建多个不连续的VLAN，VLAN号之间需要有空格。

 　　

　　如本例所示，执行命令后，创建了VLAN 10,20,30,40一共4个VLAN。

 

　　Step 2：对创建的VLAN进行配置验证

　　创建VLAN后，可以执行display vlan命令验证配置结果。如果不指定任何参数，则该命令将显示所有VLAN的简要信息。

 　　

　　缺省情况下，交换机所有端口都属于VLAN 1中。

 　　

　　查看刚创建的VLAN

 　　

 

　　Tips：更多的查看VLAN命令

　　执行display vlan [ vlan-id [ verbose ] ]命令，可以查看指定VLAN的详细信息，包括VLAN ID、类型、描述、VLAN的状态、VLAN中的端口、以及VLAN中端口的模式等。

　　执行display vlan vlan-id statistics命令，可以查看指定VLAN中的流量统计信息。

　　执行display vlan summary命令，可以查看系统中所有VLAN的汇总信息。

 

　　Step 3：配置Access端口

　　使用命令：port link-type <type>

　　配置端口类型。其中type可以配置为Access，Trunk或Hybrid。

　　以下示例为将交换机SWA的G0/0/1，G0/0/2和G0/0/3的端口设置为

 　　

 　　

　　需要注意的是，如果查看端口配置时没有发现端口类型信息，说明端口使用了默认的hybrid端口链路类型。当修改端口类型时，必须先恢复端口的默认VLAN配置，使端口属于缺省的VLAN 1。

 

　　Tips：华为系列交换机默认的端口类型是hybrid。

　　端口类型Trunk和Hybrid将会在下面笔记中进行详细的介绍。

 

 

　　Step 4：将端口添加到VLAN中

　　可以使用两种方法把端口加入到VLAN。

　　第一种方法是进入到VLAN视图，执行port <interface>命令，把端口加入VLAN。

　　以下示例为将交换机SWA的G0/0/1和G0/0/2端口加入到VLAN 10中。

 　　

 

　　第二种方法是进入到接口视图，执行port default <vlan-id>命令，把端口加入VLAN。vlan-id是指端口要加入的VLAN。

　　以下示例为将交换机SWA的G0/0/3端口加入到VLAN 20中。

 　　

 

 

　　Step 5：对刚才的配置进行验证

　　执行display vlan命令，可以确认端口是否已经加入到VLAN中。

 　　

 　　

 　　

　　在本示例中，端口G0/0/1和G0/0/2加入了VLAN 10，G0/0/3加入了VLAN 20。

　　其中UT表明该端口发送数据帧时，会剥离VLAN标签，即此端口是一个Access端口或不带标签的Hybrid端口。U或D分别表示链路当前是Up状态或Down状态。

 

　　通过主机A分别访问主机B和主机C，查看结果。（IP配置已省略）

　　主机A正常访问主机B

 　　

 

 

　　主机A无法访问主机C，因为他们处于不同的VLAN中，当交换机SWA知道两台主机对应的端口PVID不一致时，SWA将不会把主机A发送的报文转发给主机C。

 　　

 

 　　

　　端口类型 -- Trunk

　　当Trunk端口收到帧时，如果该帧不包含Tag，将打上端口的PVID；如果该帧包含Tag，则不改变。

　　当Trunk端口发送帧时，且该帧的VLAN ID在Trunk的允许发送列表中时：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。

 　　

　　如上图所示，是从Access端口例子的基础上增加了一台交换机B以及两台主机（D和E），主机D属于VLAN 10，主机E属于VLAN 20。现需求VLAN 10的主机A和B可以访问VLAN 10的主机D，同时VLAN 20的主机C可以访问VLAN 20的主机E，那么我们要怎么配置交换机A和交换机B之间的链路和端口G0/0/4的端口类型呢？

　　可以配置为Access端口类型吗？我们可以从上面的笔记知道，Access端口类型只能允许唯一的VLAN ID通过本端口。若交换机A和交换机B的G0/0/4端口均配置为PVID为10的Access端口，那么交换机A和B之间只能传输属于VLAN 10的数据帧，而不能传输VLAN 20的数据帧。若反之配置了PVID为20的Access端口，那么也不能传输VLAN 10的数据帧。

 　　

　　所以这个时候，就可以用到Trunk端口了。

 

　　（一）Trunk端口基本原理

　　Trunk端口是交换机上用来和其他交换机连接的端口，它只能连接干道链路。Trunk端口允许多个VLAN的帧（带Tag标记）通过。

 　　

　　Trunk端口收发数据帧的规则如下：

　　①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。

　　②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。

　　③端口发送数据帧时，当VLAN ID与端口的PVID相同，且是该端口允许通过的VLAN ID时，去掉Tag，发送该报文。当VLAN ID与端口的PVID不同，且是该端口允许通过的VLAN ID时，保持原有Tag，发送该报文。

 

 

　　（二）示例解释

　　在本示例中，SWA和SWB连接主机的端口均为Access端口，并将SWA和SWB互连的端口配置为Trunk端口。在缺省情况下，端口的默认PVID都为1。配置Trunk链路允许VLAN 10和20的流量通过。

　　Step 1：当SWA从PVID为10的G0/0/1接收到VLAN 10的主机A的报文时，会为该报文打上VLAN ID为10的标签。

　　Step 2：接着SWA在端口G0/0/4转发该报文时，由于该报文的VLAN ID（为10）与此端口的PVID（缺省为1）不相同，且检查VLAN ID在允许通过的VLAN ID列表中后，则会在转发报文时不剥离VLAN标签，然后直接转发到Trunk链路上。

　　Ex：若端口G0/0/4的PVID为10，与VLAN ID（为10）相同，则会剥离VLAN标签，然后发送到Trunk链路上。

　　Step 3：对端的SWB接收到带有VLAN ID（为10）的报文，由于VLAN ID（为10）与此端口的PVID（缺省为1）不相同，且检查VLAN ID在允许通过的VLAN ID列表中后，会保持原有的VLAN ID标签，并转发该报文。

　　Step 4：SWB向端口PVID为10的G0/0/1转发报文，先剥离VLAN标签，再转发给主机D。由于SWB的G0/0/2的端口PVID为20，所以不会向这个端口转发报文。

 

　　同理，VLAN 20的报文转发过程大致相同，这里不再赘述。

 

 

　　（三）Trunk端口配置

　　SWB上的创建VLAN和Access端口配置省略，创建VLAN 10和VLAN 20，G0/0/1为VLAN 10的Access端口，G0/0/2为VLAN 20的Access端口。

　　Step 1：配置SWA和SWB的G0/0/4（干道链路的端口）为Trunk端口

　　配置Trunk时，应先使用

　　命令：port link-type trunk

　　修改端口的类型为Trunk。

 　　

 

　　配置Trunk端口允许哪些VLAN的数据帧通过。

　　命令：port trunk allow-pass vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }

　　配置端口允许通过的VLAN，all表示允许所有VLAN的数据帧通过。

 　　

 

　　SWB的G0/0/4端口配置相同，故省略。

　　在本示例中，将SWA和SWB的G0/0/4端口配置为Trunk端口，该端口PVID默认为1。配置port trunk allow-pass vlan 10 20命令之后，该Trunk端口允许VLAN 10和VLAN 20的数据流量通过（不剥离VLAN Tag）。

 　　

　　此外，还可以通过命令修改Trunk端口的PVID

　　命令：port trunk pvid vlan vlan-id

　　修改Trunk端口的PVID。

 　　

 

　　Tips：修改Trunk端口的PVID之后，缺省VLAN不一定是端口允许通过的VLAN。

　　只有使用命令port trunk allow-pass vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }允许缺省VLAN数据通过，才能转发缺省VLAN的数据帧。交换机的所有端口默认允许VLAN1的数据通过。

 　　

 

　　Step 2：配置验证

　　执行display vlan命令可以查看修改后的配置。TG表明该端口在转发对应VLAN的数据帧时，不会剥离标签，直接进行转发。该端口可以是Trunk端口或带标签的Hybrid端口。

 　　

 

 　　

 

　　分别用主机A访问主机D，主机C访问主机E，访问成功。

 　　

 

 　　

 

　　对SWA的G0/0/4端口进行抓包分析。

　　当使用VLAN 10的主机A访问同为VLAN 10的主机D时，G0/0/4抓取到报文：

 　　

　　可以看到打上VLAN标签（Tag）为10的报文。

 

　　同理，使用VLAN 20的主机C访问VLAN 20的主机E时，G0/0/4也可以抓取到报文：

 　　

 

　　本示例中可以证明，SWA和SWB在G0/0/4转发VLAN 10和VLAN 20的报文时，由于与PVID不相同，所以不剥离标签，直接转发。

 

　　Tips：附加的小问题

　　若使用VLAN 10的主机A访问VLAN 20的主机E，抓取SWA的G0/0/4的数据包会发生什么呢？

　　由于主机A并不知道主机E的MAC地址，所以会发送一个ARP Request报文广播出去询问主机E。这个ARP Request会在SWA的G0/0/1端口打上VLAN 10的标签，到达G0/0/4端口时，在不剥离标签的情况下转发。到达SWB时保留VLAN 10标签，由于Access端口规定，只发送VLAN标签与自己的PVID一致的报文。

 　　

　　我们可以知道，SWB连接主机E的G0/0/2的PVID应为20，与发送来的ARP Request的报文的VLAN标签（为10）不一致，因为会丢弃该ARP报文。那么主机A就无法访问到处于不同VLAN的主机E了。

　　就是因为这个原理，VLAN可以隔离广播域，从而减少广播流量而消耗的带宽，也保证了网络中一定程度上的信息安全。

 

 

 

　　端口类型 -- Hybrid

　　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 。

 　　

　　Access端口发往其他设备的报文，都是Untagged数据帧，而Trunk端口仅在一种特定情况下才能发出untagged数据帧，其它情况发出的都是Tagged数据帧。

　　Hybrid端口是交换机上既可以连接用户主机，又可以连接其他交换机的端口。Hybrid端口既可以连接接入链路又可以连接干道链路。Hybrid端口允许多个VLAN的帧通过，并可以在出端口方向将某些VLAN帧的Tag剥掉。华为设备默认的端口类型是Hybrid。

　　在本示例中，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10，连接主机B的端口的PVID是20，连接服务器的端口的PVID是100。

 

　　（一）Hybrid端口基本原理

　　Hybrid端口收发数据帧的规则如下：

　　①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。

　　②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。

　　③Hybrid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。

 

　　（二）示例解释和配置方法

　　本例介绍了主机A和主机B发送数据给服务器的情况。为了更清楚解释数据传输途中VLAN Tag的添加与剥离情况，将解释和配置方法放在一起介绍。

　　Step 1：将两台交换机的所有端口的端口类型声明为Hybrid类型。（注：主机的基本配置，交换机的创建VLAN均已省略）

　　命令：port link-type hybrid

　　将端口的类型配置为Hybrid。

 　　

　　其他端口配置方法相同，故省略。

　　默认情况下，华为系列交换机的端口类型是Hybrid。因此，只有在把Access口或Trunk口配置成Hybrid时，才需要执行此命令。

 

　　

　　Step 2：为交换机SWA和SWB各端口配置PVID。

　　按照拓扑图，应为交换机SWA的G0/0/1配置PVID为10，G0/0/2配置为20；SWB的G0/0/1配置为100。

 　　

 

 

 　　

 

 

 　　

 

 

 

 

　　Step 3：在交换机连接主机的端口配置以Untagged的方式允许指定VLAN通过。

　　命令：port hybrid untagged vlan{ { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }

　　用来配置允许哪些VLAN的数据帧以Untagged方式通过该端口。

 

　　（1）主机A可以访问服务器，不能访问主机B。

　　在SWA连接主机A的端口G0/0/1上配置允许VLAN 10和VLAN 100的数据帧报文以Untagged的形式通过。VLAN 10和VLAN 100的数据帧在通过该端口时都不携带标签。

 　　

 

　　（2）主机B可以访问服务器，不能访问主机A。

　　在SWA连接主机B的端口G0/0/2上配置允许VLAN 20和VLAN 100的数据帧报文以Untagged的形式通过。VLAN 20和VLAN 100的数据帧在通过该端口时都不携带标签。

 　　

 

　　（3）服务器可以同时被主机A和主机B访问。

　　在SWB连接服务器的端口G0/0/1上配置允许VLAN 10，VLAN 20和VLAN 100的数据帧报文以Untagged的形式通过。VLAN 10，VLAN 20和VLAN100的数据帧在通过该端口时都不携带标签。

 　　

 

 

　　Step 4：在交换机连接交换机的端口配置以Tagged的方式指定VLAN通过。

　　命令：port hybrid tagged vlan{ { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }

　　用来配置允许哪些VLAN的数据帧以Tagged方式通过该端口。

 

　　在交换机SWA和SWB连接的端口G0/0/3上配置允许VLAN 10，20和100的数据帧报文以Tagged的形式通过。VLAN 10，20和100的数据帧在通过该端口时都携带标签。

 　　

 

 

 　　

　　到此，所有配置完成。

 

 

　　Step 5：示例解析

　　配置方法介绍完成之后，我们开始解析数据帧报文在局域网中的转发过程（对应配置方法的步骤）：

　　当主机A（VLAN 10）访问服务器（VLAN 100）时：

 

　　（1）数据帧从主机A -》交换机SWA

　　主机A发送出来的数据帧不带VLAN Tag。所以交换机SWA接收到该数据帧时，会按照（Step2）配置为该数据帧打上端口的PVID 10。然后查看（Step 3）配置的允许VLAN 10通过，则接收此数据帧并转发。

 

　　（2）数据帧从交换机SWA -》 交换机SWB

　　交换机SWA通过端口G0/0/3向交换机SWB发送带VLAN 10标签的数据帧。查看（Step 4）配置的允许VLAN 10以携带标签的形式通过端口，则不剥离标签转发数据帧。

　　交换机SWB接收到该数据帧后，查看（Step 4）配置的允许VLAN 10以携带标签的形式通过端口，则也不剥离标签转发数据帧。

　　下图验证数据帧是以携带VLAN 10标签的情况下从SWA转发到SWB的。

 　　

 

　　（3）数据帧从交换机SWB -》 服务器

　　交换机SWB将带有VLAN 10标签的数据帧通过端口G0/0/1发送给服务器，查看（Step 3）配置的允许VLAN 10以不携带标签的形式通过端口，则剥离标签转发数据帧给服务器。

　　同理，属于VLAN 20的主机B访问服务器也相同，故省略。

 

　　Tips：解答一些额外的问题。

　　①VLAN 10的主机A会将数据帧发送到VLAN 20的主机B吗？

　　其实这个问题在上面介绍Trunk端口时也提到过，由于主机A发送的ARP Request报文也会打上VLAN 10的标签，所以不会发送给PVID为20的端口。

　　②访问是双向的，主机A访问服务器，势必说明服务器会回复一个数据帧给主机A，那么这个数据帧又是如何打VLAN标签的呢？

　　根据配置可以知道，服务器向主机A回复的数据帧，会根据SWB的端口G0/0/1的PVID打上100的标签，该标签会在SWA的G0/0/1端口剥离并转发给主机A。

 

 

　　Step 6：配置验证

　　主机A可以访问服务器，不能访问主机B：

 　　

 

 

 

　　同样的，主机B能访问服务器，不能访问主机A：

 　　

 

 

　　说明实验成功。

 

　　下一节笔记会介绍VLAN的划分方法和Voice VLAN。敬请期待。