VLAN技术原理及方案解析

Vlan技术原理

在数据通信和宽带接入设备里，只要涉及到二层技术的，就会遇到VLAN。而且，通常情况下，VLAN在这些设备中是基本功能。所以不管是刚迈进这个行业的新生，还是已经在这个行业打拼了很多年的前辈，都要熟悉这个技术。在论坛上经常看到讨论各种各样的关于VLAN的问题，在工作中也经常被问起关于VLAN的这样或那样的问题，所以，有了想写一点东西的冲动。

大部分童鞋接触交换这门技术都是从思科技术开始的，讨论的时候也脱离不了思科的影子。值得说明的是，VLAN是一种标准技术，思科在实现VLAN的时候加入了自己的专有名词，这些名词可能不是通用的，尽管它们已经深深印在各位童鞋们的脑海里。本文的描述是从基本原理开始的，有些说法会和思科技术有些出入，当然，也会讲到思科交换中的VLAN。

1. 以太网交换原理

VLAN的概念是基于以太网交换的，所以，为了保持连贯性，还是先从交换原理讲起。不过，这里没有长篇累牍的举例和配置，都是一些最基本的原理。

本节所说的以太网交换原理，是针对‘传统’的以太网交换机来说的。所谓‘传统’，是指不支持VLAN。

简单的讲，以太网交换原理可以概括为‘源地址学习，目的地址转发’。考虑到IP层也涉及到地址问题，为了避免混淆，可以修改为‘源MAC学习，目的MAC转发’。从语文的语法角度来讲，可能还有些问题，就再修改一下‘根据源MAC进行学习，根据目的MAC进行转发’。总之，根据个人习惯了。本人比较喜欢‘源MAC学习，目的MAC转发’的口诀。

稍微解释一下。

所谓的‘源MAC学习’，是指交换机根据收到的以太网帧的帧头中的源MAC地址

来建立自己的MAC地址表，‘学习’是业内的习惯说法，就如同在淘宝上买东西都叫‘宝贝’一样。

所谓的‘目的MAC转发’，是指交换机根据收到的以太网帧的帧头中的目的MAC 地址和本地的MAC地址表来决定如何转发，确定的说，是如何交换。

这个过程大家应该是耳熟能详了。但为了与后面的VLAN描述对比方便，这里还是简单的举个例子。

Figure 1-1:

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| SW1 (Ethernet Switch) |

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| |

|port1 |port 2

| |

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| PC1| | PC2|

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简单描述一下PC1 ping PC2的过程：（这里假设，PC1和PC2位于同一个IP网段，IP地址分别为IP_PC1和IP_PC2，MAC地址分别为MAC_PC1和MAC_PC2）

1). PC1首先发送ARP请求，请求PC2的MAC。目的MAC=FF:FF:FF:FF:FF:FF(广播)；源MAC=MAC_PC1。

SW1收到该广播数据帧后，根据帧头中的源MAC地址，首先学习到了PC1的MAC，建立MAC地址表如下：

MAC地址端口

MAC_PC1 PORT 1

2). 由于ARP请求为广播帧，所以，SW1向除了PORT1之外的所有UP的端

口广播。

注意，该帧没有任何变化。换句话说，交换机没有对帧做任何修改。这就是传说中的透明传输。

3). PC2收到该ARP请求帧，本地建立ARP表项，同时单播回送ARP应答帧。目的MAC=MAC_PC1；源MAC=MAC_PC2。

SW1收到该单播帧手，根据帧头中的源MAC地址，学习到了PC2的MAC，建立MAC地址表如下：

MAC地址端口

MAC_PC1 PORT 1

MAC_PC2 PORT 2

4). SW1根据帧头中的目的MAC地址(MAC_PC1)将数据帧从PORT 1转发。

5). PC1收到ARP响应，ARP交互过程成功。接下来进行单播PING包交互。

SW1根据数据帧的目的MAC进行透明转发单播帧，同时刷新本地MAC地址表的老化定时器。

2. 802.1Q VLAN的基本原理

严格来说，802.1Q VLAN不是一个协议，因为互连的设备之间没有协议层面的报文交互。802.1Q VLAN只定义了数据帧的封装格式，即，在以太网帧头中插入了4个字节的VLAN字段。其主要内容为VLAN TAG，紧随其后的数据类型和802.1p报文优先级的标识。

Figure 2-1 以太网帧格式

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| DMAC(6bytes) | SMAC(6bytes) | Ether-Type(2bytes) | DATA |

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Figure 2-2 带VLAN TAG的以太网帧格式

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| DMAC(6bytes) | SMAC(6bytes) | Ether-Type(0x8100) | VLAN(4bytes) | DATA |

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Figure 2-3 VLAN TAG的格式

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| PRI(3bits) | CFI(1bit) | TAG(12bits) | Ether-Type(2bytes) | DATA |

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PRI：帧优先级，就是通常所说的802.1p。

CFI：规范标识位，0为规范格式，用于802.3或EthII。

TAG：就是我们通常说的VLAN ID

Ether-Type：标识紧随其后的数据类型。

本人所理解的VLAN技术要点主要有两点：1.支持VLAN的交换机的内部交换原理；2.设备之间(交换机之间，交换机与路由器之间，交换机与主机之间)交互时，VLAN