写给非网工的CCNA教程(6)VLAN和802.1q协议
1 VLAN的引入
? ? 上文中，我們說到通過LAN的方式實現同網段通信，在級聯的交換機數量和終端設備數量很大時，會導致廣播域的擴大，浪費交換機的帶寬，也白白消耗非目標設備的性能。
? ? 因此我們 引入了VLAN機制：我們可以在這些級聯的交換機上啟用VLAN，然后把需放在同一個廣播域的端口配置成相同的VLAN ID。這樣的話，廣播就只會在具有相同的VLAN ID的端口上轉發。如下圖所示：
? ? PC-A和PC-B連接二層交換機SW-A上，PC-C和PC-D連接在二層交換機SW-B上，PC-E和PC-F連接在二層交換機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 /24，兩者在同一個網段，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 /24，兩者在同一個網段，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 /24，兩者在同一個網段，也處于同一VLAN 30（Access VLAN）；
? ? SW-A和SW-B級聯，級聯口屬于Trunk VLAN，放行VLAN 10和20；
? ? SW-B和SW-E級聯，級聯口也屬于Trunk VLAN，放行VLAN 10和30。
? ? 各個終端設備的IP地址和MAC地址對照表，如下所示。
| 設備 | IP地址 | MAC地址 | 所連交換機端口 | 所連交換機端口屬于的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 |
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2 VLAN對報文的影響
? ? VLAN是在802.1q這個協議里面定義的，當然802.1q協議除了定義VLAN以外，還定義了二層的QoS功能。沒有啟用VLAN時，我們的報文是不帶vlan tag的，當啟用VLAN 后，有些報文會帶上vlan tag，當然也有些仍然不帶vlan tag。
? ? 不帶vlan tag和帶有vlan tag的報文，有何區別呢，如下圖所示。藍色部分即為802.1q的頭部，占4個字節，也表示該數據帶有vlan tag。如果報文不帶vlan tag，那么藍色的802.1q頭部是不存在的。
? ? ?說說802.1q的頭部，如下三點：
? ? （1）802.1q頭部是在Ethernet II幀的【源MAC地址】和【Type】之間加入的，占據4個字節長度。
? ? （2）802.1q頭部本身分為兩個部分，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幀就不會出現802.1q頭部。
? ? （3）802.1q頭部另一個部分為Tag Control Information，占2個字節，這部分分成三個小部分：前3bit用于二層QoS；第4個bit保留，一般為0；后面12個bit表示VLAN ID，因此VLAN ID的數量為2^12-2=4094個，12bit的0和12bit的1的要去掉。
?
3 在交換機上啟用VLAN
? ? 上圖中，我們提到的Access VLAN和Trunk VLAN，都是手動在交換機上配置的，而且是針對交換機的端口配置的。
? ? 交換機端口所屬的VLAN可以有一個或者多個，我們把屬于一個VLAN的端口，稱為Access口，對應的VLAN稱為Access VLAN，屬于多個VLAN的端口，稱為Trunk口，對應的VLAN稱為Trunk VLAN。
? ? Access口一般用于連接PC、服務器等終端設備，而Trunk口一把用于交換機之間的級聯，上圖就是這么去做的。關于交換機的Access VLAN和Trunk VLAN的配置，我們以思科交換機為例，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，交換機處理機制發生了哪些改變
4.1 交換機端口如何處理報文
? ? 我們知道交換機端口有兩種類型，Access口和Trunk口，它們的處理方式還是有點不一樣，我們分開討論。通過本節，我們可以更加深入地理解，對于帶有802.1q（vlan tag）和不帶802.1q（vlan tag）數據幀的處理機制的不同。如下表所示。?
| 交換機端口類型 | 如何處理接收到的數據幀 | 如何處理發送的數據幀（不帶tag的數據幀，不會到這一步） | |
| 數據幀不帶vlan tag | 數據幀帶有vlan tag | ||
| Access口 | 接收此數據，并且給該數據打上access vlan tag | 僅僅接收與access vlan tag相同vlan tag的數據幀，其他的丟棄 | 僅僅轉發與自己相同vlan tag的數據幀，并且轉發前會剝掉vlan tag |
| Trunk口 | 接收此數據，并且該該數據打上native vlan tag | 接收allowed vlan列表中的vlan tag的數據幀，其他的丟棄 | 僅僅轉發allowed vlan列表中的帶有vlan tag的數據幀，并且如果該vlan tag與native vlan相同則剝掉vlan tag，其他不作處理，直接轉發 |
4.2 交換機MAC表有哪些改動
? ??當我們在交換機上把一個端口劃到一個VLAN時，此端口對應的MAC表項會加上VLAN ID，如果沒有給端口指定VLAN，那么此端口對應的VLAN ID為默認的，一般是1。
? ? 不難看出啟用VLAN后，MAC表會新增一列，用于記錄各個端口對應的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? ? 仔細觀察上圖，有兩個問題，我們需要注意：
? ? （1）SW-A的MAC表里面沒有PC-D和PC-E的表項，為什么呢？
? ? ? ? 這就得回到上一級我們對SW-A的配置了，我們在Gi0/1口、Gi0/2口、Gi0/21口，加起來也就啟用了VLAN 10和20，根本沒有啟用VLAN 30，而PC-D和PC-E都屬于VLAN 30，所以SW-A的MAC表里面不會有PC-D和PC-E的表項。
? ? （2）SW-A的MAC表中最后兩行，代表的PC-C和PC-F表項，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，沒毛病啊。
? ? ? ? 真的是這樣嗎？提個問題，SW-A怎么就知道PC-C和PC-F連接在SW-B和SW-C的哪個端口呢，它兩又不是直接連在SW-A上，SW-A又怎么知道呢？
? ? ? ? 其實這個得從啟用VLAN后，交換機轉發數據的機制說起了，接著看下文。
4.3 交換機數據轉發機制有哪些改變
? ? 其實啟用VLAN后，二層交換機會對進入到端口的數據幀先處理下，處理過程前面已經說過。處理后的數據在交換機內部一定帶有VLAN ID，無論它進入交換機前是否帶有VLAN ID。
? ? 接下來根據目的MAC地址查找MAC表時，只會在與數據源VLAN ID相同的MAC表項中查找，找不到再廣播。因此啟用VLAN后，就讓廣播的范圍局限一個VLAN內部。
總結
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协议的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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