写给非网工的CCNA教程(6)VLAN和802.1q协议
1 VLAN的引入
? ? 上文中，我們說(shuō)到通過(guò)LAN的方式實(shí)現(xiàn)同網(wǎng)段通信，在級(jí)聯(lián)的交換機(jī)數(shù)量和終端設(shè)備數(shù)量很大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致廣播域的擴(kuò)大，浪費(fèi)交換機(jī)的帶寬，也白白消耗非目標(biāo)設(shè)備的性能。
? ? 因此我們 引入了VLAN機(jī)制：我們可以在這些級(jí)聯(lián)的交換機(jī)上啟用VLAN，然后把需放在同一個(gè)廣播域的端口配置成相同的VLAN ID。這樣的話，廣播就只會(huì)在具有相同的VLAN ID的端口上轉(zhuǎn)發(fā)。如下圖所示：
? ? PC-A和PC-B連接二層交換機(jī)SW-A上，PC-C和PC-D連接在二層交換機(jī)SW-B上，PC-E和PC-F連接在二層交換機(jī)SW-C上。
? ? PC-A的IP地址為192.168.10.1 /24，PC-F的IP地址為192.168.10.6 /24，兩者在同一個(gè)網(wǎng)段，也處于同一VLAN 10（Access VLAN）；
? ? PC-B的IP地址為192.168.20.2 /24，PC-C的IP地址為192.168.20.3 /24，兩者在同一個(gè)網(wǎng)段，也處于同一VLAN 20（Access VLAN）；
? ? PC-D的IP地址為192.168.30.4 /24，PC-E的IP地址為192.168.30.5 /24，兩者在同一個(gè)網(wǎng)段，也處于同一VLAN 30（Access VLAN）；
? ? SW-A和SW-B級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)口屬于Trunk VLAN，放行VLAN 10和20；
? ? SW-B和SW-E級(jí)聯(lián)，級(jí)聯(lián)口也屬于Trunk VLAN，放行VLAN 10和30。
? ? 各個(gè)終端設(shè)備的IP地址和MAC地址對(duì)照表，如下所示。
| 設(shè)備 | IP地址 | MAC地址 | 所連交換機(jī)端口 | 所連交換機(jī)端口屬于的VLAN |
| PC-A | 192.168.10.1 /24 | 1111.1111.1111 | SW-A：Gi0/1 | VLAN 10 |
| PC-B | 192.168.20.2 /24 | 2222.2222.2222 | SW-A：Gi0/2 | VLAN 20 |
| PC-C | 192.168.20.3 /24 | 3333.3333.3333 | SW-B：Gi0/1 | VLAN 20 |
| PC-D | 192.168.30.4 /24 | 4444.4444.4444 | SW-B：Gi0/2 | VLAN 30 |
| PC-E | 192.168.30.5 /24 | 5555.5555.5555 | SW-C：Gi0/1 | VLAN 30 |
| PC-F | 192.168.10.6 /24 | 6666.6666.6666 | SW-C：Gi0/2 | VLAN 10 |
?
2 VLAN對(duì)報(bào)文的影響
? ? VLAN是在802.1q這個(gè)協(xié)議里面定義的，當(dāng)然802.1q協(xié)議除了定義VLAN以外，還定義了二層的QoS功能。沒(méi)有啟用VLAN時(shí)，我們的報(bào)文是不帶vlan tag的，當(dāng)啟用VLAN 后，有些報(bào)文會(huì)帶上vlan tag，當(dāng)然也有些仍然不帶vlan tag。
? ? 不帶vlan tag和帶有vlan tag的報(bào)文，有何區(qū)別呢，如下圖所示。藍(lán)色部分即為802.1q的頭部，占4個(gè)字節(jié)，也表示該數(shù)據(jù)帶有vlan tag。如果報(bào)文不帶vlan tag，那么藍(lán)色的802.1q頭部是不存在的。
? ? ?說(shuō)說(shuō)802.1q的頭部，如下三點(diǎn)：
? ? （1）802.1q頭部是在Ethernet II幀的【源MAC地址】和【Type】之間加入的，占據(jù)4個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度。
? ? （2）802.1q頭部本身分為兩個(gè)部分，Tag Protocol ID為固定值0x8100，用于指明該Ethernet II幀帶了VLAN tag，如果不帶VLAN tag，那么Ethernet II幀就不會(huì)出現(xiàn)802.1q頭部。
? ? （3）802.1q頭部另一個(gè)部分為T(mén)ag Control Information，占2個(gè)字節(jié)，這部分分成三個(gè)小部分：前3bit用于二層QoS；第4個(gè)bit保留，一般為0；后面12個(gè)bit表示VLAN ID，因此VLAN ID的數(shù)量為2^12-2=4094個(gè)，12bit的0和12bit的1的要去掉。
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3 在交換機(jī)上啟用VLAN
? ? 上圖中，我們提到的Access VLAN和Trunk VLAN，都是手動(dòng)在交換機(jī)上配置的，而且是針對(duì)交換機(jī)的端口配置的。
? ? 交換機(jī)端口所屬的VLAN可以有一個(gè)或者多個(gè)，我們把屬于一個(gè)VLAN的端口，稱(chēng)為Access口，對(duì)應(yīng)的VLAN稱(chēng)為Access VLAN，屬于多個(gè)VLAN的端口，稱(chēng)為T(mén)runk口，對(duì)應(yīng)的VLAN稱(chēng)為T(mén)runk VLAN。
? ? Access口一般用于連接PC、服務(wù)器等終端設(shè)備，而Trunk口一把用于交換機(jī)之間的級(jí)聯(lián)，上圖就是這么去做的。關(guān)于交換機(jī)的Access VLAN和Trunk VLAN的配置，我們以思科交換機(jī)為例，如下圖所示的SW-A的配置。
SW-A#show running-config interface gigabitEthernet 0/1 Building configuration...Current configuration : 141 bytes ! interface GigabitEthernet0/1switchport access vlan 10switchport mode accessspanning-tree portfast endSW-A#show running-config interface gigabitEthernet 0/2 Building configuration...Current configuration : 141 bytes ! interface GigabitEthernet0/2switchport access vlan 20switchport mode accessspanning-tree portfast endSW-A#show running-config interface gigabitEthernet 0/21 Building configuration...Current configuration : 86 bytes ! interface GigabitEthernet1/0/21switchport trunk allowed vlan add 10switchport trunk allowed vlan add 20switchport trunk native vlan 1 switchport mode trunkswitchport nonegotiate end?
4 啟用VLAN后，交換機(jī)處理機(jī)制發(fā)生了哪些改變
4.1 交換機(jī)端口如何處理報(bào)文
? ? 我們知道交換機(jī)端口有兩種類(lèi)型，Access口和Trunk口，它們的處理方式還是有點(diǎn)不一樣，我們分開(kāi)討論。通過(guò)本節(jié)，我們可以更加深入地理解，對(duì)于帶有802.1q（vlan tag）和不帶802.1q（vlan tag）數(shù)據(jù)幀的處理機(jī)制的不同。如下表所示。?
| 交換機(jī)端口類(lèi)型 | 如何處理接收到的數(shù)據(jù)幀 | 如何處理發(fā)送的數(shù)據(jù)幀（不帶tag的數(shù)據(jù)幀，不會(huì)到這一步） | |
| 數(shù)據(jù)幀不帶vlan tag | 數(shù)據(jù)幀帶有vlan tag | ||
| Access口 | 接收此數(shù)據(jù)，并且給該數(shù)據(jù)打上access vlan tag | 僅僅接收與access vlan tag相同vlan tag的數(shù)據(jù)幀，其他的丟棄 | 僅僅轉(zhuǎn)發(fā)與自己相同vlan tag的數(shù)據(jù)幀，并且轉(zhuǎn)發(fā)前會(huì)剝掉vlan tag |
| Trunk口 | 接收此數(shù)據(jù)，并且該該數(shù)據(jù)打上native vlan tag | 接收allowed vlan列表中的vlan tag的數(shù)據(jù)幀，其他的丟棄 | 僅僅轉(zhuǎn)發(fā)allowed vlan列表中的帶有vlan tag的數(shù)據(jù)幀，并且如果該vlan tag與native vlan相同則剝掉vlan tag，其他不作處理，直接轉(zhuǎn)發(fā) |
4.2 交換機(jī)MAC表有哪些改動(dòng)
? ??當(dāng)我們?cè)诮粨Q機(jī)上把一個(gè)端口劃到一個(gè)VLAN時(shí)，此端口對(duì)應(yīng)的MAC表項(xiàng)會(huì)加上VLAN ID，如果沒(méi)有給端口指定VLAN，那么此端口對(duì)應(yīng)的VLAN ID為默認(rèn)的，一般是1。
? ? 不難看出啟用VLAN后，MAC表會(huì)新增一列，用于記錄各個(gè)端口對(duì)應(yīng)的VLAN ID，如下圖中SW-A上的MAC表所示。
SW-A#show mac address-table Mac Address Table -------------------------------------------Vlan Mac Address Type Ports ---- ----------- -------- -----10 1111.1111.1111 DYNAMIC Gi/0/120 2222.2222.2222 DYNAMIC Gi/0/220 3333.3333.3333 DYNAMIC Gi/0/2110 6666.6666.6666 DYNAMIC Gi/0/21? ? 仔細(xì)觀察上圖，有兩個(gè)問(wèn)題，我們需要注意：
? ? （1）SW-A的MAC表里面沒(méi)有PC-D和PC-E的表項(xiàng)，為什么呢？
? ? ? ? 這就得回到上一級(jí)我們對(duì)SW-A的配置了，我們?cè)贕i0/1口、Gi0/2口、Gi0/21口，加起來(lái)也就啟用了VLAN 10和20，根本沒(méi)有啟用VLAN 30，而PC-D和PC-E都屬于VLAN 30，所以SW-A的MAC表里面不會(huì)有PC-D和PC-E的表項(xiàng)。
? ? （2）SW-A的MAC表中最后兩行，代表的PC-C和PC-F表項(xiàng)，端口都是Gi0/21口，為何VLAN ID不一樣呢？
? ? ? ? 聰明的你，肯定知道PC-C接在SW-B的Gi0/1口，屬于VLAN 20；而PC-F接在SW-C的Gi0/2口，屬于VLAN 10；那PC-C在SW-A上的VLAN ID為20，PC-F在SW-A上的VLAN ID為10，沒(méi)毛病啊。
? ? ? ? 真的是這樣嗎？提個(gè)問(wèn)題，SW-A怎么就知道PC-C和PC-F連接在SW-B和SW-C的哪個(gè)端口呢，它兩又不是直接連在SW-A上，SW-A又怎么知道呢？
? ? ? ? 其實(shí)這個(gè)得從啟用VLAN后，交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的機(jī)制說(shuō)起了，接著看下文。
4.3 交換機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制有哪些改變
? ? 其實(shí)啟用VLAN后，二層交換機(jī)會(huì)對(duì)進(jìn)入到端口的數(shù)據(jù)幀先處理下，處理過(guò)程前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)。處理后的數(shù)據(jù)在交換機(jī)內(nèi)部一定帶有VLAN ID，無(wú)論它進(jìn)入交換機(jī)前是否帶有VLAN ID。
? ? 接下來(lái)根據(jù)目的MAC地址查找MAC表時(shí)，只會(huì)在與數(shù)據(jù)源VLAN ID相同的MAC表項(xiàng)中查找，找不到再?gòu)V播。因此啟用VLAN后，就讓廣播的范圍局限一個(gè)VLAN內(nèi)部。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的写给非网工的CCNA教程(6)VLAN和802.1q协议的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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