VLAN的原理-HCIA

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一、传统以太网面临的挑战

在传统的以太网架构中，所有设备通常处于同一个广播域内。当某台主机发送广播帧或目标地址未知的单播帧时，该数据帧会被泛洪至整个网络中的所有节点。这种机制不仅造成大量无效流量在网络中传播，还可能引发安全隐患和带宽浪费，严重影响网络性能与稳定性。

二、VLAN技术的引入背景与定义

为解决上述广播域过大带来的问题，VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）技术应运而生。通过将一个物理局域网逻辑划分为多个独立的广播域，VLAN有效缩小了广播范围，从而提升了网络安全性、减少了无用流量，并优化了资源利用效率。

三、VLAN的核心特性

1. VLAN划分不受物理位置限制，同一VLAN内的设备即使连接在不同交换机上也能实现二层互通；
2. 只有属于相同VLAN的设备之间才能进行二层通信，跨VLAN通信需借助三层设备如路由器或三层交换机。

四、VLAN的工作原理详解

4.1 VLAN标签机制（VLAN Tag）

为了使交换机能够识别不同VLAN的数据帧，IEEE 802.1Q标准规定在原始以太网帧中插入4字节的VLAN标签（即VLAN Tag），用于标识该帧所属的VLAN编号。

例如：当PC1（属于VLAN10）向同属VLAN10的PC3发送ping请求时，初始数据帧不带标签（untagged帧）。SW1接收到该帧后，会根据入接口配置识别其归属VLAN10，并在帧中添加对应的VLAN标签，形成tagged帧。

随后，SW2收到此带标签的数据帧，依据标签中的VID信息判断其所属VLAN，并将帧转发给目标PC3。整个过程本质上是数据帧在传输过程中被打上标签、传递、识别并最终剥离标签的过程。

4.2 VLAN的五种划分方式

VLAN可通过多种策略进行划分，主要包括以下五类：

• 基于接口划分 —— 按交换机端口分配VLAN，最为常见；
• 基于MAC地址划分 —— 根据源MAC地址确定VLAN归属；
• 基于IP子网划分 —— 依据IP地址段划分VLAN；
• 基于协议类型划分 —— 根据帧所使用的网络层协议分类；
• 基于策略划分 —— 综合多种条件（如MAC+IP等）设定规则进行动态划分。

本文重点介绍基于接口和MAC地址的两种方式，其余了解即可。

（一）基于MAC地址的VLAN划分

该方式通过建立MAC地址与VLAN之间的映射表来实现VLAN划分。当交换机接收到未标记的帧时，查询该表并为其打上相应VLAN标签。

主要特点包括：

1. 具有较高的灵活性，因为VLAN绑定的是设备的MAC地址而非固定端口。例如：若PC1从SW1的端口迁移至已配置相同映射关系的SW2端口，仍可保持原有VLAN属性，确保二层通信正常；
2. 但存在安全风险，由于MAC地址可被伪造，攻击者可能冒充合法设备接入特定VLAN。

（二）基于接口的VLAN划分

这是目前应用最广泛的VLAN划分方式，其实现简单直观——每个交换机接口被配置为某一特定VLAN成员，未标记的数据帧进入接口时自动被打上该接口的PVID（Port VLAN ID）标签。

典型特征如下：

1. 部署便捷，适用于大多数企业网络环境；
2. 终端设备移动后VLAN归属可能发生改变。例如：原位于SW1 e0/0/1（划入VLAN10）的PC1，若迁移到SW2 e0/0/1（划入VLAN20），则其发出的数据帧将归属于VLAN20。

4.2.1 以太网二层接口类型及其处理机制

在基于接口划分VLAN时，交换机端口可配置为以下三种类型：

Access接口：
通常连接无法识别VLAN标签的终端设备（如PC、服务器）。此类接口仅允许一个VLAN通过，且所有进出数据帧均不携带Tag（出方向自动剥离标签）。

Trunk接口：
主要用于交换机之间或交换机与路由器/AP之间的互联。支持多个VLAN的数据帧传输，各帧通过802.1Q Tag进行区分。接收无标签帧时一般不予处理，仅允许指定VLAN通过。

Hybrid接口：
兼具Access与Trunk接口的功能，既可用于连接终端设备，也可用于设备间互联。允许多个VLAN通过，并可灵活控制某些VLAN帧在发送时是否携带Tag，提供更高的配置自由度。

各类接口对VLAN标签的处理行为总结：

接收数据帧时：

1. 当收到不带VLAN标签的帧时，Access、Trunk、Hybrid接口均会为其打上PVID对应的VLAN标签；
2. 对于Trunk和Hybrid接口，还需检查该PVID是否在其允许通过的VLAN列表中，否则丢弃该帧。

在发送数据帧时，不同接口的处理方式如下：

1. Access 接口会直接移除数据帧中的 VLAN 标签。
2. Trunk 接口仅当数据帧中的 VID 与接口的 PVID 相同时，才会剥离 VLAN 标签。
3. Hybrid 接口则依据其配置决定是否移除数据帧中的 VLAN 标签。

在接收数据帧时，判断规则如下：

1. 对于不带 VLAN 标签的数据帧，Trunk 和 Hybrid 接口会根据是否允许该缺省 VLAN 通过来决定是否接收；而 Access 接口则无条件接收此类数据帧。
2. 对于带有 VLAN 标签的数据帧，Access、Trunk 和 Hybrid 接口均会检查该数据帧的 VID 是否属于接口允许通过的 VLAN 范围。其中，Access 接口允许通过的 VLAN 即为其默认 VLAN（缺省 VLAN）。

4.3 相关命令

[Huawei] vlan vlan-id    创建VLAN
如：[Huawei] vlan 10    创建VLAN 10   
   
[Huawei] vlan batch { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] }    批量创建VLAN
如：[Huawei] vlan batch 10 20 30    创建VLAN 10 20 30
    [Huawei] vlan batch 11 to 15    创建VLAN 11 12 13 14 15

Access接口相关命令：
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port link-type access    配置接口的链路类型为Access
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port default vlan vlan-id    配置接口的缺省VLAN并同时加入这个VLAN
如：与PC1与交换机g0/0/1相连，给g0/0/1划分到VLAN 10
[Huawei]vlan 10
[Huawei]int g0/0/1
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access 
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10

Trunk接口相关命令：
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk   配置接口的链路类型为Trunk 
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }    允许放行的VLAN
如：[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan 10 20 30 允许放行vlan 10 20 30

[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port trunk pvid vlan vlan-id    设置Trunk类型接口的缺省VLAN


[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port link-type hybrid    配置接口的链路类型为Hybird
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port hybrid untagged vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }配置Hybrid类型接口加入的VLAN，这些VLAN的帧以Untagged方式通过接口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port hybrid tagged vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }配置Hybrid类型接口加入的VLAN，这些VLAN的帧以Tagged方式通过接口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port hybrid pvid vlan vlan-id配置Hybrid类型接口的缺省VLAN

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关键词：HCIA CIA HCI LAN Default