VLAN技术白皮书 - 深圳市厚石网络科技有限公司

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1.1 前言

是一种基于CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的共享通讯介质的数据网络通讯技术。当主机数目较多时会导致冲突严重、广播泛滥、性能显著下降甚至造成网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互连虽然可以解决冲突严重的问题，但仍然不能隔离广播报文和提升网络质量。在这种情况下出现了VLAN技术，这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的VLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，广播报文就被限制在一个VLAN内。

1.2 VLAN概述

VLAN 是一种将局域网设备从逻辑上划分成一个个网络，从而实现将一个大的物理网络分隔成多个虚拟工作组数据交换技术。这些设备和用户不受物理位置的限制，可以根据功能、部门及应用等因素设定为一个群组，使它们之间通信像在同一个物理分段中。基于端口划分VLAN是最简单、最有效的VLAN划分方法。它按照设备端口来定义VLAN成员，将指定端口加入到指定VLAN中之后，端口就可以转发指定VLAN的报文。

1.2.1 802.1q介绍

802.1Q协议，即Virtual Bridged Local Area Networks协议，主要规定了VLAN的实现，IEEE 802.1q 标准为标识带有VLAN 成员信息的以太帧建立了一种标准方法。IEEE 802.1q 标准定义了 VLAN 网桥操作，从而允许在桥接局域网结构中实现定义、运行以及管理VLAN 拓扑结构等操作。IEEE 802.1q 标准主要用来解决如何将大型网络划分为多个小网络，以使广播和组播流量不会占据更多带宽。此外 IEEE 802.1q 标准还提供更高的网络段间安全性。IEEE802.1q完成这些功能的关键在于标签。支持IEEE 802.1q 的交换端口可被配置来传输标签帧或无标签帧。如图1-1就是以太网中的IEEE 802.1q 标签帧格式。802.1Q Tag 的长度是4bytes，它位于以太网帧中源MAC地址和长度/类型之间。Tag包含4个字段。

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图1-1 802.1q帧格式

DA：帧的目的地址。这个地址被打上标签或未被打上标签都是一样的。

SA：帧的源地址。这个地址被打上标签或未被打上标签都是一样的。

　　类型(0X8100)：长度为2字节，表示帧类型，802.1Q帧中type字段取固定值0x8100，表示这个帧包含一个802.1qVLAN标签，如果不支持802.1Q的设备收到802.1Q帧，则将其丢弃。

　　PRI：priority字段，长度为3bit，表示以太网帧的优先级，取值范围是0~7，数值越大，优先级越高。当交换机/路由器发生传输拥塞时，优先发送优先级高的数据帧。

　　CFI：Canonical Format Indicator，长度为1bit，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。该字段用于区分以太网帧、FDDI帧和令牌环网帧，在以太网帧中，CFI取值为0。

VLAN：VLAN ID，长度为12bit，取值范围是0~4095，其中0和4095是保留值，不能给用户使用。

类型/长度：标签帧的三层协议。

数据：标记帧的数据部分。

FCS：用来确认帧的完整性的帧校验。

1.2.2 端口的VLAN模式

根据端口在转发报文时对VLAN Tag的不同处理方式，用户进行端口的VLAN配置时必须首先指定端口的VLAN模式，可将端口的链路连接类型分为三种：

Access类型的端口只能属于一个VLAN, 端口发出去的报文不带VLAN Tag。一般用于和不能识别VLAN Tag的终端设备相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。

Trunk类型的端口可以允许多个VLAN通过，端口发出去的报文，端口缺省VLAN内的报文不带Tag，其它VLAN内的报文都必须带Tag。通常用于网络传输设备之间的互连。

Hybrid类型的端口可以允许多个VLAN通过，端口发出去的报文可根据需要设置某些VLAN内的报文带Tag，某些VLAN内的报文不带Tag。Hybrid类型端口既可以用于网络传输设备之间的互连，又可以直接连接终端设备。

1.2.3 VLAN Access

收到一个报文，如果没有VLAN信息则打上端口 PVID并进行交换、转发，如果有VLAN信息，则直接丢弃。 Access端口发报文是将报文VLAN信息剥离直接发送出去。相同PVID的Access端口之间能够通信，不相同则不能通信。

如图1-2是一个Access通信与隔离的例子，用户1与用户3连接的端口是PVID为2的Access端口，在VLAN中继端口允许vlan2情况下，它们之间能够互相通信。用户2与用户4连接端口是PVID为3的Access端口，在VLAN中继端口允许vlan3情况下，它们之间能够互相通信。用户1与用户3是不能用户2与用户4互相通信。

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图1-2 Access通信

1.2.4 VLAN Trunk

如果一个端口属于两个或多个VLAN 的tagged成员，那么这个端口又称为VLAN 中继端口。两个交换机之间可以以VLAN 中继端口相连，这样两个交换机之间可以划分两个或多个共同的VLAN 。

如图1-3是一个VLAN中继的例子，两个交换机之间以VLAN 中继端口相连，是VLAN 2和VLAN 3的中继端口，每个交换机划分为两个VLAN，分别是VLAN 2和VLAN 3，每个VLAN内有一个用户。这样，用户1可以与用户3通信，用户2可以与用户4通信，用户1和用户3不能与用户2 和用户4通信。

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图1-3 VLAN中继

1.2.5 VLAN Hybrid

Hybrid端口收到一个报文，如果没有VLAN信息,则打上端口 PVID 并进行交换转发。如果有VLAN信息,且该Hybrid端口允许该VLAN数据进入则转发，否则丢弃(此时端口上untag配置是不用考虑，untag配置只对发送报文时起作用) 。

1.2.6 端口对报文的处理方式

表1-1 端口对报文的处理方式

端口类型	对接收报文的处理		对发送报文的处理
	接收的报文不带Tag时	接收的报文带有Tag时
Access	为报文添加缺省VLAN的Tag	丢弃该报文	去掉Tag，发送该报文
Trunk	当缺省VLAN在端口允许通过的VLAN列表中时，接收该报文，为报文添加缺省VLAN的Tag。当缺省VLAN不在端口允许通过的VLAN列表中时，丢弃该报文。	当VLAN在端口允许通过的VLAN列表中时，接收该报文。当VLAN不在端口允许通过的VLAN列表中时，丢弃该报文。	当VLAN与缺省VLAN相同，且在端口允许通过的VLAN列表中时，去掉Tag，发送该报文。当VLAN与缺省VLAN不同，且在端口允许通过的VLAN列表中时，保持原有Tag，发送该报文。
Hybrid			VLAN在Untag列表中，发送该报文；当VLAN在Tag列表中，去掉Tag，发送该报文。

1.3 VLAN网页配置

1.3.1 创建/删除VLAN

(1) 在导航栏中选择“交换管理 > VLAN管理 > 创建VLAN”，进入“创建VLAN”页面，如图1-4所示。在VLAN设置页面中可以查看各个VLAN的相关配置信息，也可以进行VLAN创建或删除操作。

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图1-4 创建VLAN页面

(2) 创建/删除VLAN2-4094，选择“创建”/“删除”，输入VLAN ID，单击<应用>按钮，完成设置。

(3) 显示VLAN ID, 在“VLAN列表”中可以查看当前存在的VLAN ID，以及对应的端口成员，根据VLAN的ID号从小到大排列。具有完全相同端口成员的VLAN合并为一组；

(4) 选中“VLAN列表”的某一组或多组VLAN，单击<删除>按钮，完成删除操作。

创建VLAN页面的信息和按钮说明如下所示。

表1-2 创建VLAN配置参数说明

配置参数	说明
创建	添加VLAN至允许通过的VLAN
删除	删除VLAN从允许通过的VLAN
VLAN ID	创建VLAN ID, 范围为1-4094

1.3.2 Access VLAN

(1) 在导航栏中选择“交换管理 > VLAN管理 > Access VLAN”，进入“Access VLAN”页面。在“Access VLAN”页面中可以查看和设置端口的VLAN配置，如图1-5所示。

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图1-5 Access VLAN页面

(2) 如需设置某个端口的VLAN配置，选择对应端口，设置端口的PVID(已创建的VLAN), 单击<应用>按钮，完成设置。

页面中各参数的含义如下表所示：

表1-3 Access VLAN配置参数说明

配置参数	说明
端口	选择被配置的端口的名称，包括以太网端口和聚合逻辑端口
PVID	设置端口的PVID，范围为1-4094，配置时要求为已创建VLAN

1.3.3 Trunk VLAN

（1）在导航栏选择“交换管理>VLAN管理>Trunk VLAN”，进入到Trunk VLAN 的配置和显示界面，如图1-6所示。

（2）显示Trunk端口，在“Trunk VLAN列表”中，可以查看所有Trunk端口的PVID和允许通过的VLAN。

（3）创建Trunk端口。通过“VLAN_PORT”的下拉菜单选择要创建的端口，设置PVID，选择“创建”，并设置允许通过的VLAN列表。单击<应用>按钮，完成配置。

（4）修改Trunk端口的配置，通过“VLAN_PORT”的下拉菜单选择要修改的端口，修改PVID，选择“创建”或者“删除”允许通过的VLAN。单击<应用>按钮，完成配置。

（5）删除Trunk端口，在“Trunk VLAN列表”中，选中需要删除的一个或者多个Trunk端口，点击<删除>按钮，完成删除操作。Trunk端口删除后，变成Access端口，显示在图1-5的“Access vlan列表”中。

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图1-6 Trunk VLAN页面

页面中各参数的含义如下表所示：

表1-4 Trunk VLAN配置参数说明

配置参数	说明
VLAN_PORT	选择被配置的端口的名称，包括以太网端口和聚合逻辑端口
PVID	设置端口的PVID，范围为1-4094，配置时要求为已创建VLAN
创建	添加VLAN至允许通过的VLAN
删除	删除VLAN从允许通过的VLAN
允许通过的VLAN	设置允许通过的VLAN列表，不能为空所有VLAN：1-4094 指定VLAN：指定的单个或多个VLAN，范围为1-4094，要求为已创建VLAN

1.3.4 Hybrid VLAN

（1）在导航栏选择“交换管理>VLAN管理>Hybrid VLAN”，进入Hybrid VLAN的配置和显示界面，如图1-7所示。

（2）显示Hybrid端口，在“Hybrid VLAN列表”中，可以查看所有Hybrid端口的PVID、Tag VLAN列表和UnTag VLAN 列表。

（3）创建Hybrid端口。通过“端口”的下拉菜单选择要创建的端口，设置PVID，选择“创建”，并设置Tag VLAN列表和UnTag VLAN列表。单击<应用>按钮，完成配置。

（4）修改Hybrid端口的配置，通过“端口”的下拉菜单选择要修改的端口，修改PVID，选择“创建”或者“删除”Tag VLAN列表和UnTag VLAN列表。单击<应用>按钮，完成配置。

（5）删除Hybrid端口，在“Hybrid VLAN列表”中，选中需要删除的一个或者多个Hybrid端口，点击<删除>按钮，完成删除操作。Hybrid端口删除后，变成Access端口，显示在图1-5的“Access vlan列表”中。

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图1-7 Hybrid VLAN页面

页面中各参数的含义如下表所示：

表1-5 Hybrid VLAN配置参数说明

配置参数	说明
端口	选择被配置的端口的名称，包括以太网端口和聚合逻辑端口
PVID	设置端口的PVID，范围为1-4094，配置时要求为已创建VLAN
创建	添加VLAN至允许通过的VLAN
删除	删除VLAN从允许通过的VLAN
Tagged VLAN	设置Tagged VLAN和Untagged VLAN列表，范围为1-4094，配置时要求为已创建VLAN；Tagged VLAN和Untagged VLAN 不能同时为空；不能存在相同的VLAN
Untagged VLAN

1.4 VLAN命令行配置

1.4.1 创建和删除VLAN

在创建和删除VLAN之前，用户需要在全局配置模式下创建和删除VLAN。系统在缺省情况下已经创建了VLAN 1，并且VLAN 1不能被用户删除。

命令	说明	命令模式
vlan VLANLIST	创建/进入vlan	全局配置模式
no vlan VLANLIST	删除vlan	全局配置模式

1.4.2 配置端口的VLAN模式

在配置端口的VLAN之前需要指定端口的VLAN模式，缺省情况下端口的VLAN模式是Access模式。

命令	说明	命令模式
switchport mode (access\|trunk\|hybrid）	配置vlan模式	端口配置模式

1.4.3 Access模式的VLAN配置

端口做VLAN配置之前需要指定端口的VLAN模式为Access模式。

命令	说明	命令模式
switchport access vlan VLANLIST	配置AccessVLAN	端口配置模式

1.4.4 Trunk模式的VLAN配置

端口做VLAN配置之前需要指定端口的VLAN模式为Trunk模式。在这种VLAN模式下可以配置tagged成员。

命令	说明	命令模式
switchport trunk pvid vlan VLANLIST	配置Trunk口PVID	端口配置模式
switchport trunk permit (all \| VLANLIST)	Trunk口添加VLAN	端口配置模式
no switchport trunk permit VLANLIST	Trunk口删除VLAN	端口配置模式
no switchport trunk	取消Trunk端口模式恢复为缺省Access端口模式	端口配置模式

1.4.5 Hybrid模式的VLAN配置

端口进行VLAN配置之前需要指定端口的VLAN模式为Hybrid模式。有Tagged VLAN表和Untagged VLAN表。

命令	说明	命令模式
switchport hybrid pvid vlan VLANLIST	配置Hybrid口PVID	端口配置模式
switchport hybrid vlan VLANLIST untagged	Hybrid口添加Untag VLAN	端口配置模式
switchport hybrid vlan VLANLIST tagged	Hybrid口添加Tag VLAN	端口配置模式
no switchport hybrid vlan VLANLIST untagged	Hybrid口删除Untag VLAN	端口配置模式
no switchport hybrid vlan VLANLIST tagged	Hybrid口删除Tag VLAN	端口配置模式
no switchport hybrid	取消Hybrid端口模式恢复为缺省Access端口模式	端口配置模式

1.4.6 查看VLAN的信息

命令	说明	命令模式
show vlan (VLANLIST \| all)	显示某个/所有VLAN配置信息	全局模式
show interface switchport	显示端口VLAN配置信息	全局模式
show switchport	显示端口VLAN配置信息	端口配置模式

1.5 基于协议的VLAN

1.5.1 基于协议的VLAN介绍

VLAN按网络层协议来划分，可分为IPv4、IPv5、IPx、AppleTalk、etch-type等VLAN网络。按网络层协议来组成的VLAN，可使广播域跨越多个VLAN交换机。这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN。这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量。

1.5.2 基于协议的VLAN配置

命令	说明	命令模式
protocol-vlan (\| at \| ipv4 \| ipv6 \| ipx \| eth-type<0x0600-0xffff>)	添加协议VLAN	VLAN配置模式
no protocol-vlan (\| all)	删除协议VLAN	VLAN配置模式
protocol-vlan (enable \| disable)	端口使能协议VLAN	端口配置模式
show protocol-vlan (all \| vlan)	显示协议VLAN	全局模式

1.6 基于MAC的VLAN

1.6.1 基于MAC的VLAN介绍

根据每个主机的MAC地址来划分VLAN，即对每个MAC地址的主机都配置它属于哪个组，它实现的机制就是每一块网卡都对应唯一的MAC地址，VLAN交换机跟踪属于VLAN MAC的地址。这种方法的VLAN允许用户从一个物理位置移动到另一个物理位置时，自动保留其所属VLAN的成员身份。

从划分的机制可以看出，这种VLAN划分的最大优点就是当用户物理地址移动，即从一个交换机移动到其他交换机时，VLAN不用重新配置，因为它是基于用户MAC地址的。

1.6.2 基于MAC的VLAN配置

命令	说明	命令模式
[no] mac-vlan mac-address	删除/添加协议VLAN	VLAN配置模式
mac-vlan (enable \| disable)	端口使能协议VLAN	端口配置模式
show mac-vlan (all \| vlan)	显示协议VLAN	全局模式

1.7 VLAN 配置示例

1.7.1 基于PORT 的VLAN

1.组网需求

（1）用户1所属于vlan2。

（2）用户2所属于vlan3。

（3）用户1与用户2之间无法通信

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图1-8组网拓扑图

2.配置思路

（1）创建vlan

（2）配置端口划分vlan

3.配置步骤

（1）创建vlan2-3

HOUSHI# configure terminal

HOUSHI(config)# vlan 2-3

（2）配置端口划分vlan

（3）配置端口1为access模式且pvid为2

HOUSHI(config)# interface gigabitethernet 1/0/1

HOUSHI(config-ge1/0/1)# switchport mode access

HOUSHI(config-ge1/0/1)# switchport access vlan 2

（4）配置端口2为access模式且pvid为3

HOUSHI(config)# interface gigabitethernet 1/0/2

HOUSHI(config-ge1/0/2)# switchport mode access

HOUSHI(config-ge1/0/2)# switchport access vlan 3

4.验证配置

（1）查看vlan配置

HOUSHI(config)# show vlan all

----------------------------------------

Vlan : 1

Ports : ge1/0/3,ge1/0/4,ge1/0/5,ge1/0/6,ge1/0/7,ge1/0/8,ge1/0/9,ge1/0/10,ge1/0/11,ge1/0/12,

ge1/0/13,ge1/0/14,ge1/0/15,ge1/0/16,ge1/0/17,ge1/0/18,ge1/0/19,ge1/0/20,ge1/0/21,ge1/0/22,ge1/0/23,

ge1/0/24,ge1/0/25,ge1/0/26,ge1/0/27,ge1/0/28,ge1/0/29,ge1/0/30,ge1/0/31,ge1/0/32,lag1,lag2,lag3,lag4,

lag5,lag6,lag7,lag8

----------------------------------------

Vlan : 2

Ports : ge1/0/1

----------------------------------------

Vlan : 3

Ports : ge1/0/2

----------------------------------------

Total 3 Vlan Groups

1.7.2 基于802.1Q 的VLAN

1.组网需求

（1）用户1与用户4互相通信。

（2）用户2与用户3互相通信。

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图1-9组网拓扑图

2.配置思路

（1）Switch1创建vlan 2、3，端口1配置trunk且允许所有，端口2配置pvid为2，端口3配置pvid为3。

（2）Switch2创建vlan 2、3，端口1配置trunk且允许所有，端口2配置pvid为3，端口3配置pvid为2。

3.配置步骤

（1）配置vlan与端口vlan

（2）配置Switch1。

HOUSHI# configure terminal

HOUSHI(config)# vlan 2-3

HOUSHI(config)# interface gigabitethernet 1/0/1

HOUSHI(config-ge1/0/1)# switchport mode trunk

HOUSHI(config-ge1/0/1)# switchport trunk permit 1-3

HOUSHI(config-ge1/0/1)# interface gigabitethernet 1/0/2

HOUSHI(config-ge1/0/2)# switchport access vlan 2

HOUSHI(config-ge1/0/2)# interface gigabitethernet 1/0/3

HOUSHI(config-ge1/0/3)# switchport access vlan 3

（3）配置Switch2.

HOUSHI# configure terminal

HOUSHI(config)# vlan 2-3

HOUSHI(config)# interface gigabitethernet 1/0/1

HOUSHI(config-ge1/0/1)# switchport mode trunk

HOUSHI(config-ge1/0/1)# switchport trunk permit all

HOUSHI(config-ge1/0/1)# interface gigabitethernet 1/0/2

HOUSHI(config-ge1/0/2)# switchport access vlan 3

HOUSHI(config-ge1/0/2)# interface gigabitethernet 1/0/3

HOUSHI(config-ge1/0/3)# switchport access vlan 2

4.验证配置

（1）#查看Switch1的vlan设置与端口vlan设置

HOUSHI# show vlan all

----------------------------------------

Vlan : 1

Ports : ge1/0/1,ge1/0/4,ge1/0/5,ge1/0/6,ge1/0/7,ge1/0/8,ge1/0/9,ge1/0/10,ge1/0/11,ge1/0/12,

ge1/0/13,ge1/0/14,ge1/0/15,ge1/0/16,ge1/0/17,ge1/0/18,ge1/0/19,ge1/0/20,ge1/0/21,ge1/0/22,ge1/0/23,

ge1/0/24,ge1/0/25,ge1/0/26,ge1/0/27,ge1/0/28,ge1/0/29,ge1/0/30,ge1/0/31,ge1/0/32,lag1,lag2,lag3,lag4,

lag5,lag6,lag7,lag8

----------------------------------------

Vlan : 2

Ports : ge1/0/1,ge1/0/2

----------------------------------------

Vlan : 3

Ports : ge1/0/1,ge1/0/3

----------------------------------------

Total 3 Vlan Groups

（2）#查看Switch2的vlan设置与端口vlan设置

HOUSHI# show vlan all

----------------------------------------

Vlan : 1

Ports : ge1/0/1,ge1/0/4,ge1/0/5,ge1/0/6,ge1/0/7,ge1/0/8,ge1/0/9,ge1/0/10,ge1/0/11,ge1/0/12,

ge1/0/13,ge1/0/14,ge1/0/15,ge1/0/16,ge1/0/17,ge1/0/18,ge1/0/19,ge1/0/20,ge1/0/21,ge1/0/22,ge1/0/23,

ge1/0/24,ge1/0/25,ge1/0/26,ge1/0/27,ge1/0/28,ge1/0/29,ge1/0/30,ge1/0/31,ge1/0/32,lag1,lag2,lag3,lag4,

lag5,lag6,lag7,lag8

----------------------------------------

Vlan : 2

Ports : ge1/0/1,ge1/0/3

----------------------------------------

Vlan : 3

Ports : ge1/0/1,ge1/0/2

----------------------------------------

Total 3 Vlan Groups