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VLAN帧的处理和转发规则

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。

VLAN帧格式
VLAN帧的格式
VLAN帧的格式

VLAN标签长4个字节,直接添加在以太网帧头中,IEEE802.1Q文档对VLAN标签作出了说明。
TPID:Tag Protocol Identifier,2字节,固定取值,0x8100,是IEEE定义的新类型,表明这是一个携带802.1Q标签的帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧,会将其丢弃。
TCI:Tag Control Information,2字节。帧的控制信息,详细说明如下:
Priority:3比特,表示帧的优先级,取值范围为0~7,值越大优先级越高。当交换机阻塞时,优先发送优先级高的数据帧。
CFI:Canonical Format Indicator,1比特。CFI表示MAC地址是否是经典格式。CFI为0说明是经典格式,CFI为1表示为非经典格式。用于区分以太网帧、FDDI(Fiber Distributed Digital Interface)帧和令牌环网帧。在以太网中,CFI的值为0。
VLAN Identifier:VLAN ID,12比特,在X7系列交换机中,可配置的VLAN ID取值范围为0~4095,但是0和4095在协议中规定为保留的VLAN ID,不能给用户使用。
在现有的交换网络环境中,以太网的帧有两种格式:
没有加上VLAN标记的标准以太网帧(untagged frame);有VLAN标记的以太网帧(tagged frame)。

链路类型
链路类型
链路类型

VLAN链路分为两种类型:Access链路和Trunk链路。
接入链路(Access Link):连接用户主机和交换机的链路称为接入链路。如本例所示,图中主机和交换机之间的链路都是接入链路。
干道链路(Trunk Link):连接交换机和交换机的链路称为干道链路。如本例所示,图中交换机之间的链路都是干道链路。干道链路上通过的帧一般为带Tag的VLAN帧。

PVID

PVID表示端口在缺省情况下所属的VLAN。
缺省情况下,华为X7系列交换机每个端口的PVID都是1。

Port VLAN ID
Port VLAN ID

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。

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。

Access端口
Access端口

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. 如果该端口收到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。如果该端口收到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。
  2. Access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。

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(未加标签)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,然后决定从G0/0/3端口转发数据帧。G0/0/3端口的PVID也是10,与VLAN标签中的VLAN ID相同,交换机移除标签,把数据帧发送到主机C。连接主机B的端口的PVID是2,与VLAN10不属于同一个VLAN,因此此端口不会接收到VLAN10的数据帧。

Access端口收发规则
Access端口收发数据帧的规则
端口类型–Trunk

当Trunk端口收到帧时,如果该帧不包含Tag,将添加上端口的PVID;如果该帧包含Tag,则不改变。
当Trunk端口发送帧时,该帧的VLAN ID在Trunk的允许发送列表中: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。

Trunk端口
Trunk端口

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。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。
  2. 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。

在本示例中,SWA和SWB连接主机的端口为Access端口,PVID如图所示。SWA和SWB互连的端口为Trunk端口,PVID都为1,此Trunk链路允许所有VLAN的流量通过。当SWA转发VLAN1的数据帧时会剥离VLAN标签,然后发送到Trunk链路上。而在转发VLAN20的数据帧时,不剥离VLAN标签直接转发到Trunk链路上。

Trunk端口收发数据帧的规则
Trunk端口收发数据帧的规则
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 。

Hybrid端口
Hybrid端口

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2,连接主机B的端口的PVID是3,连接服务器的端口的PVID是100。

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。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。
  2. Hybrid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。
本例介绍了主机A和主机B发送数据给服务器的情况。在SWA和SWB互连的端口上配置了port hybrid tagged vlan 2 3 100命令后,SWA和SWB之间的链路上传输的都是带Tag标签的数据帧。在SWB连接服务器的端口上配置了port hybrid untagged vlan 2 3,主机A和主机B发送的数据会被剥离VLAN标签后转发到服务器。

Hybrid端口收发数据帧的规则
Hybrid端口收发数据帧的规则

 

 

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