2万字18图带你详解VLAN技术，建议收藏！

一、VLAN简介

定义：

VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间不能直接通信，从而将广播报文限制在一个VLAN内。

在此让我们先复习一下广播域的概念。广播域，指的是广播帧(目标MAC地址全部为1)所能传递到的范围，亦即能够直接通信的范围。严格地说，并不仅仅是广播帧，多播帧(Multicast Frame)和目标不明的单播帧(Unknown Unicast Frame)也能在同一个广播域中畅行无阻。

本来，二层交换机只能构建单一的广播域，不过使用VLAN功能后，它能够将网络分割成多个广播域。

未分割广播域时……

那么，为什么需要分割广播域呢?那是因为，如果仅有一个广播域，有可能会影响到网络整体的传输性能。具体原因，请参看附图加深理解。

图中，是一个由5台二层交换机(交换机1～5)连接了大量客户机构成的网络。假设这时，计算机A需要与计算机B通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中指定目标MAC地址才能正常通信，因此计算机A必须先广播“ARP请求(ARP Request)信息”，来尝试获取计算机B的MAC地址。

交换机1收到广播帧(ARP请求)后，会将它转发给除接收端口外的其他所有端口，也就是Flooding了。接着，交换机2收到广播帧后也会Flooding。交换机3、4、5也还会Flooding。最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有客户机上。

请大家注意一下，这个ARP请求原本是为了获得计算机B的MAC地址而发出的。也就是说：只要计算机B能收到就万事大吉了。可是事实上，数据帧却传遍整个网络，导致所有的计算机都收到了它。如此一来，一方面广播信息消耗了网络整体的带宽，另一方面，收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理。造成了网络带宽和CPU运算能力的大量无谓消耗。

广播信息是那么经常发出的吗?

读到这里，您也许会问：广播信息真是那么频繁出现的吗?

答案是：是的!实际上广播帧会非常频繁地出现。利用TCP/IP协议栈通信时，除了前面出现的ARP外，还有可能需要发出DHCP、RIP等很多其他类型的广播信息。

ARP广播，是在需要与其他主机通信时发出的。当客户机请求DHCP服务器分配IP地址时，就必须发出DHCP的广播。而使用RIP作为路由协议时，每隔30秒路由器都会对邻近的其他路由器广播一次路由信息。RIP以外的其他路由协议使用多播传输路由信息，这也会被交换机转发(Flooding)。除了TCP/IP以外，NetBEUI、IPX和Apple Talk等协议也经常需要用到广播。例如在Windows下双击打开“网络计算机”时就会发出广播(多播)信息。(Windows XP除外……)

总之，广播就在我们身边。下面是一些常见的广播通信：

1. ARP请求：建立IP地址和MAC地址的映射关系。
2. RIP：一种路由协议。
3. DHCP：用于自动设定IP地址的协议。
4. NetBEUI：Windows下使用的网络协议。
5. IPX：NovellNetware使用的网络协议。
6. Apple Talk：苹果公司的Macintosh计算机使用的网络协议。

如果整个网络只有一个广播域，那么一旦发出广播信息，就会传遍整个网络，并且对网络中的主机带来额外的负担。因此，在设计LAN时，需要注意如何才能有效地分割广播域。

目的：

以太网是一种基于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，这样，广播报文就被限制在一个VLAN内。

作用：

• 限制广播域：广播域被限制在一个VLAN内，节省了带宽，提高了网络处理能力。
• 增强局域网的安全性：不同VLAN内的报文在传输时是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信。
• 提高了网络的健壮性：故障被限制在一个VLAN内，本VLAN内的故障不会影响其他VLAN的正常工作。
• 灵活构建虚拟工作组：用VLAN可以划分不同的用户到不同的工作组，同一工作组的用户也不必局限于某一固定的物理范围，网络构建和维护更方便灵活。

二、VLAN的基本概念

VLAN标签：

要使设备能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN信息的字段。IEEE 802.1Q协议规定，在以太网数据帧的目的MAC地址和源MAC地址字段之后、协议类型字段之前加入4个字节的VLAN标签（又称VLAN Tag，简称Tag），用以标识VLAN信息。

VLAN帧格式：

字段解释：

字段	长度	含义	取值
TPID	2Byte	Tag Protocol Identifier（标签协议标识符），表示数据帧类型。	表示帧类型，取值为0x8100时表示IEEE 802.1Q的VLAN数据帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃。各设备厂商可以自定义该字段的值。当邻居设备将TPID值配置为非0x8100时， 为了能够识别这样的报文，实现互通，必须在本设备上修改TPID值，确保和邻居设备的TPID值配置一致。
PRI	3bit	Priority，表示数据帧的802.1p优先级。	取值范围为0～7，值越大优先级越高。当网络阻塞时，设备优先发送优先级高的数据帧。
CFI	1bit	Canonical Format Indicator（标准格式指示位），表示MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，用于兼容以太网和令牌环网。	CFI取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装，为1表示以非标准格式封装。在以太网中，CFI的值为0。
VID	12bit	VLAN ID，表示该数据帧所属VLAN的编号。	VLAN ID取值范围是0～4095。由于0和4095为协议保留取值，所以VLAN ID的有效取值范围是1～4094。

设备利用VLAN标签中的VID来识别数据帧所属的VLAN，广播帧只在同一VLAN内转发，这就将广播域限制在一个VLAN内。

常用设备收发数据帧的VLAN标签情况：

在一个VLAN交换网络中，以太网帧主要有以下两种格式：

• 有标记帧（Tagged帧）：加入了4字节VLAN标签的帧。
• 无标记帧（Untagged帧）：原始的、未加入4字节VLAN标签的帧。

常用设备中：

• 用户主机、服务器、Hub只能收发Untagged帧。
• 交换机、路由器和AC既能收发Tagged帧，也能收发Untagged帧。
• 语音终端、AP等设备可以同时收发一个Tagged帧和一个Untagged帧。

为了提高处理效率，设备内部处理的数据帧一律都是Tagged帧。

链路类型和接口类型：

设备内部处理的数据帧一律都带有VLAN标签，而现网中的设备有些只会收发Untagged帧，要与这些设备交互，就需要接口能够识别Untagged帧并在收发时给帧添加、剥除VLAN标签。同时，现网中属于同一个VLAN的用户可能会被连接在不同的设备上，且跨越设备的VLAN可能不止一个，如果需要用户间的互通，就需要设备间的接口能够同时识别和发送多个VLAN的数据帧。

为了适应不同的连接和组网，设备定义了Access接口、Trunk接口和Hybrid接口3种接口类型，以及接入链路（Access Link）和干道链路（Trunk Link）两种链路类型。

链路类型：

根据链路中需要承载的VLAN数目的不同，以太网链路分为：

• 接入链路

接入链路只可以承载1个VLAN的数据帧，用于连接设备和用户终端（如用户主机、服务器等）。通常情况下，用户终端并不需要知道自己属于哪个VLAN，也不能识别带有Tag的帧，所以在接入链路上传输的帧都是Untagged帧。

• 干道链路

干道链路可以承载多个不同VLAN的数据帧，用于设备间互连。为了保证其它网络设备能够正确识别数据帧中的VLAN信息，在干道链路上传输的数据帧必须都打上Tag。

接口类型：

根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，以太网接口分为：

• Access接口

Access接口一般用于和不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。它只能收发Untagged帧，且只能为Untagged帧添加唯一VLAN的Tag。

• Trunk接口

Trunk接口一般用于连接交换机、路由器、AP以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，但只允许一个VLAN的帧从该类接口上发出时不带Tag（即剥除Tag）。

• Hybrid接口

Hybrid接口既可以用于连接不能识别Tag的用户终端（如用户主机、服务器等）和网络设备（如Hub），也可以用于连接交换机、路由器以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端、AP。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，且允许从该类接口发出的帧根据需要配置某些VLAN的帧带Tag（即不剥除Tag）、某些VLAN的帧不带Tag（即剥除Tag）。

Hybrid接口和Trunk接口在很多应用场景下可以通用，但在某些应用场景下，必须使用Hybrid接口。比如一个接口连接不同VLAN网段的场景中，因为一个接口需要给多个Untagged报文添加Tag，所以必须使用Hybrid接口。

缺省VLAN：

缺省VLAN又称PVID（Port Default VLAN ID）。前面提到，设备处理的数据帧都带Tag，当设备收到Untagged帧时，就需要给该帧添加Tag，添加什么Tag，就由接口上的缺省VLAN决定。

接口收发数据帧时，对Tag的添加或剥除过程。

• 对于Access接口，缺省VLAN就是它允许通过的VLAN，修改缺省VLAN即可更改接口允许通过的VLAN。
• 对于Trunk接口和Hybrid接口，一个接口可以允许多个VLAN通过，但是只能有一个缺省VLAN。接口的缺省VLAN和允许通过的VLAN需要分别配置，互不影响。

同类型接口添加或剥除VLAN标签的比较：

接口类型	对接收不带Tag的报文处理	对接收带Tag的报文处理	发送帧处理过程
Access接口	接收该报文，并打上缺省的VLAN ID。	当VLAN ID与缺省VLAN ID相同时，接收该报文。当VLAN ID与缺省VLAN ID不同时，丢弃该报文。	先剥离帧的PVID Tag，然后再发送。
Trunk接口	打上缺省的VLAN ID，当缺省VLAN ID在允许通过的VLAN ID列表里时，接收该报文。打上缺省的VLAN ID，当缺省VLAN ID不在允许通过的VLAN ID列表里时，丢弃该报文。	当VLAN ID在接口允许通过的VLAN ID列表里时，接收该报文。当VLAN ID不在接口允许通过的VLAN ID列表里时，丢弃该报文。	当VLAN ID与缺省VLAN ID相同，且是该接口允许通过的VLAN ID时，去掉Tag，发送该报文。当VLAN ID与缺省VLAN ID不同，且是该接口允许通过的VLAN ID时，保持原有Tag，发送该报文。
Hybrid接口	打上缺省的VLAN ID，当缺省VLAN ID在允许通过的VLAN ID列表里时，接收该报文。打上缺省的VLAN ID，当缺省VLAN ID不在允许通过的VLAN ID列表里时，丢弃该报文。	当VLAN ID在接口允许通过的VLAN ID列表里时，接收该报文。当VLAN ID不在接口允许通过的VLAN ID列表里时，丢弃该报文。	当VLAN ID是该接口允许通过的VLAN ID时，发送该报文。可以通过命令设置发送时是否携带Tag

• 当接收到不带VLAN标签的数据帧时，Access接口、Trunk接口、Hybrid接口都会给数据帧打上VLAN标签，但Trunk接口、Hybrid接口会根据数据帧的VID是否为其允许通过的VLAN来判断是否接收，而Access接口则无条件接收。

• 当接收到带VLAN标签的数据帧时，Access接口、Trunk接口、Hybrid接口都会根据数据帧的VID是否为其允许通过的VLAN（Access接口允许通过的VLAN就是缺省VLAN）来判断是否接收。

• 当发送数据帧时：

• Access接口直接剥离数据帧中的VLAN标签。
• Trunk接口只有在数据帧中的VID与接口的PVID相等时才会剥离数据帧中的VLAN标签。
• Hybrid接口会根据接口上的配置判断是否剥离数据帧中的VLAN标签。

因此，Access接口发出的数据帧肯定不带Tag，Trunk接口发出的数据帧只有一个VLAN的数据帧不带Tag，其他都带VLAN标签，Hybrid接口发出的数据帧可根据需要设置某些VLAN的数据帧带Tag，某些VLAN的数据帧不带Tag。

三、VLAN通信

VLAN内互访：

同一VLAN内用户互访（简称VLAN内互访）会经过如下三个环节。

• 用户主机的报文转发

源主机在发起通信之前，会将自己的IP与目的主机的IP进行比较，如果两者位于同一网段，会获取目的主机的MAC地址，并将其作为目的MAC地址封装进报文；如果两者位于不同网段，源主机会将报文递交给网关，获取网关的MAC地址，并将其作为目的MAC地址封装进报文。

• 设备内部的以太网交换

设备

• 如果目的MAC地址+VID匹配自己的MAC表且三层转发标志置位，则进行三层交换，会根据报文的目的IP地址查找三层转发表项，如果没有找到会将报文上送CPU，由CPU查找路由表实现三层转发。

• 如果目的MAC地址+VID匹配自己的MAC表但三层转发标志未置位，则进行二层交换，会直接将报文根据MAC表的出接口发出去。

• 如果目的MAC地址+VID没有匹配自己的MAC表，则进行二层交换，此时会向所有允许VID通过的接口广播该报文，以获取目的主机的MAC地址。

• 设备之间交互时，VLAN标签的添加和剥离

设备内部的以太网交换都是带Tag的，为了与不同设备进行成功交互，设备需要根据接口的设置添加或剥除Tag。不同接口VLAN标签添加和剥离情况不同。

从以太网交换原理可以看出，划分VLAN后，广播报文只在同一VLAN内二层转发，因此同一VLAN内的用户可以直接二层互访。根据属于同一VLAN的主机是否连接在不同的设备，VLAN内互访有两种场景：同设备VLAN内互访和跨设备VLAN内互访。

同设备VLAN内互访：

如下图所示，用户主机Host_1和Host_2连接在同台设备上，属于同一VLAN2，且位于相同网段，连接接口均设置为Access接口。（假设Router上还未建立任何转发表项）。

1. Host_1判断目的IP地址跟自己的IP地址在同一网段，于是发送ARP广播请求报文获取目的主机Host_2的MAC地址，报文目的MAC填写全F，目的IP为Host_2的IP地址10.1.1.3。
2. 报文到达Router的接口IF_1，发现是Untagged帧，给报文添加VID=2的Tag（Tag的VID=接口的PVID），然后根据报文的源MAC地址、VID和报文入接口（1-1-1， 2， IF_1）生成MAC表。
3. 根据报文目的MAC地址+VID查找Router的MAC表，没有找到，于是在所有允许VLAN2通过的接口（本例中接口为IF_2）广播该报文。
4. Router的接口IF_2在发出ARP请求报文前，根据接口配置，剥离VID=2的Tag。
5. Host_2收到该ARP请求报文，将Host_1的MAC地址和IP地址对应关系记录ARP表。然后比较目的IP与自己的IP，发现跟自己的相同，就发送ARP响应报文，报文中封装自己的MAC地址2-2-2，目的IP为Host_1的IP地址10.1.1.2。
6. Router的接口IF_2收到ARP响应报文后，同样给报文添加VID=2的Tag。
7. Router根据报文的源MAC地址、VID和报文入接口（2-2-2， 2， IF_2）生成MAC表，然后根据报文的目的MAC地址+VID（1-1-1， 2）查找MAC地址表，由于前面已记录，查找成功，向出接口IF_1转发该ARP响应报文。
8. Router向出接口IF_1转发前，同样根据接口配置剥离VID=2的Tag。
9. Host_1收到Host_2的ARP响应报文，将Host_2的MAC地址和IP地址对应关系记录ARP表。

后续Host_1与Host_2的互访，由于彼此已学习到对方的MAC地址，报文中的目的MAC地址直接填写对方的MAC地址。

此组网场景下，当同一VLAN的用户处于不同网段时，主机将在报文中封装网关的MAC地址，可借助VLANIF技术（需配置主从IP地址）实现互访。

跨设备VLAN内互访：

如下图，用户主机Host_1和Host_2连接在不同的设备上，属于同一个VLAN2，且位于相同网段。为了识别和发送跨越设备的数据帧，设备间通过干道链路连接。

当用户主机Host_1发送报文给用户主机Host_2时，报文的发送过程如下（假设Router_1和Router_2上还未建立任何转发表项）。

1. 经过与 同设备VLAN内互访的步骤1～2一样的过程后，报文被广播到Router_1的IF_2接口。
2. Router_1的IF_2接口在发出ARP请求报文前，因为接口的PVID=1（缺省值），与报文的VID不相等，直接透传该报文到Router_2的IF_2接口，不剥除报文的Tag。
3. Router_2的IF_2接口收到该报文后，判断报文的Tag中的VID=2是接口允许通过的VLAN，接收该报文。
4. 经过与 同设备VLAN内互访的步骤3～6一样的过程后，Router_2将向其出接口IF_2转发Host_2的ARP响应报文，转发前，因为接口IF_2为Trunk接口且PVID=1（缺省值），与报文的VID不相等，直接透传报文到Router_1的IF_2接口。
5. Router_1的IF_2接口收到Host_2的ARP响应报文后，判断报文的Tag中的VID=2是接口允许通过的VLAN，接收该报文。后续处理同 同设备VLAN内互访的步骤7～9一样。

可见，干道链路除可传输多个VLAN的数据帧外，还起到透传VLAN的作用，即干道链路上，数据帧只会转发，不会发生Tag的添加或剥离。

VLAN间互访：

划分VLAN后，由于广播报文只在同VLAN内转发，所以不同VLAN的用户间不能二层互访，这样能起到隔离广播的作用。但实际应用中，不同VLAN的用户又常有互访的需求，此时就需要实现不同VLAN的用户互访，简称VLAN间互访。

同VLAN间互访一样，VLAN间互访也会经过用户主机的报文转发、设备内部的以太网交换、设备之间交互时VLAN标签的添加和剥离三个环节。同样，根据以太网交换原理，广播报文只在同一VLAN内转发，不同VLAN内的用户则不能直接二层互访，需要借助三层路由技术或VLAN转换技术才能实现互访。

VLAN间互访技术：

华为提供了多种技术实现VLAN间互访，常用的两种技术为VLANIF接口和Dot1q终结子接口。

• VLANIF接口

VLANIF接口是一种三层的逻辑接口。在VLANIF接口上配置IP地址后，设备会在MAC地址表中添加VLANIF接口的MAC地址+VID表项，并且为表项的三层转发标志位置位。当报文的目的MAC地址匹配该表项后，会进行三层转发，进而实现VLAN间的三层互通。

VLANIF配置简单，是实现VLAN间互访最常用的一种技术。但每个VLAN需要配置一个VLANIF，并在接口上指定一个IP子网网段，比较浪费IP地址。

• Dot1q终结子接口

子接口也是一种三层的逻辑接口。跟VLANIF接口一样，在子接口上配置Dot1q终结功能和IP地址后，设备也会添加相应的MAC表项并置位三层转发标志位，进而实现VLAN间的三层互通。

Dot1q终结子接口适用于通过一个三层以太网接口下接多个VLAN网络的环境。由于不同VLAN的数据流会争用同一个以太网主接口的带宽，网络繁忙时，会导致通信瓶颈。

通过VLANIF接口实现VLAN间互访，必须要求VLAN间的用户都只能处于不同的网段（因为相同网段，主机会封装目的主机的MAC地址，设备判断进行二层交换，二层交换只在同VLAN内，广播报文无法到达不同的VLAN，获取不到目的主机的MAC地址，也就无法实现互通）。现网中，也存在不同VLAN相同网段的组网需求，此时可通过VLAN聚合实现。

VLAN聚合（又称Super VLAN）通过引入Super-VLAN和Sub-VLAN，将一个Super-VLAN和多个Sub-VLAN关联，多个Sub-VLAN共享Super-VLAN的IP地址作为其网关IP，实现与外部网络的三层互通；并通过在Sub-VLAN间启用Proxy ARP，实现Sub-VLAN间的三层互通，进而即节约IP地址资源，又实现VLAN间的三层互通。

VLAN聚合通常用于多个VLAN共用一个网关的组网场景。

同设备VLAN间互访：

如下图：互访的源主机Host_1和目的主机Host_2连接在同一台设备Router上，分别属于VLAN2和VLAN3，并位于不同的网段。在Router上分别创建VLANIF2和VLANIF3并配置其IP地址，然后将用户主机的缺省网关设置为所属VLAN对应VLANIF接口的IP地址。

当用户主机Host_1发送报文给用户主机Host_2时，报文的发送过程如下（假设Router上还未建立任何转发表项）。

1. Host_1判断目的IP地址跟自己的IP地址不在同一网段，因此，它发出请求网关MAC地址的ARP请求报文，目的IP为网关IP 10.1.1.1，目的MAC为全F。
2. 报文到达Router的接口IF_1，Router给报文添加VID=2的Tag（Tag的VID=接口的PVID），然后将报文的源MAC地址+VID与接口的对应关系（1-1-1， 2， IF_1）添加进MAC表。
3. Router检查报文是ARP请求报文，且目的IP是自己VLANIF2接口的IP地址，给Host_1应答，并将VLANIF2接口的MAC地址3-3-3封装在应答报文中，应答报文从IF_1发出前，剥掉VID=2的Tag。同时，Router会将Host_1的IP地址与MAC地址的对应关系记录到ARP表。
4. Host_1收到Router的应答报文，将Router的VLANIF2接口的IP地址与MAC地址对应关系记录到自己的ARP表中，并向Router发送目的MAC为3-3-3、目的IP为Host_2的IP地址 10.2.2.2的报文。
5. 报文到达Router的接口IF_1，同样给报文添加VID=2的Tag。
6. Router根据报文的源MAC地址+VID与接口的对应关系更新MAC表，并比较报文的目的MAC地址与VLANIF2的MAC地址，发现两者相等，进行三层转发，根据目的IP查找三层转发表，没有找到匹配项，上送CPU查找路由表。
7. CPU根据报文的目的IP去找路由表，发现匹配了一个直连网段（VLANIF3对应的网段），于是继续查找ARP表，没有找到，Router会在目的网段对应的VLAN3的所有接口发送ARP请求报文，目的IP是10.2.2.2。从接口IF_2发出前，根据接口配置，剥掉VID=2的Tag。
8. Host_2收到ARP请求报文，发现请求IP是自己的IP地址，就发送ARP应答报文，将自己的MAC地址包含在其中。同时，将VLANIF3的MAC地址与IP地址的对应关系记录到自己的ARP表中。
9. Router的接口IF_2收到Host_2的ARP应答报文后，给报文添加VID=3的Tag，并将Host_2的MAC和IP的对应关系记录到自己的ARP表中。然后，将Host_1的报文转发给Host_2，发送前，同样剥离报文中的Tag。同时，将Host_2的IP、MAC、VID及出接口的对应关系记录到三层转发表中。

至此，Host_1完成对Host_2的单向访问。Host_2访问Host_1的过程与此类似。这样，后续Host_1与Host_2之间的往返报文，都先发送给网关Router，由Router查三层转发表进行三层转发。

跨设备VLAN间互访：

由于VLANIF接口的IP地址只能在设备上生成直连路由，当不同VLAN的用户跨多台设备互访时，除配置VLANIF接口的IP地址外，还需要配置静态路由或运行动态路由协议。

如下图所示，互访的源主机Host_1和目的主机Host_2连接在不同的设备Router_1和Router_2上，分别属于VLAN2和VLAN3，并位于不同的网段。在Router_1上分别创建VLANIF2和VLANIF4，配置其IP地址为10.1.1.1和10.1.4.1；在Router_2上分别创建VLANIF3和VLANIF4，配置其IP地址为10.1.2.1和10.1.4.2，并在Router_1和Router_2上分别配置静态路由。Router_1上静态路由的目的网段是10.1.2.0/24，下一跳是10.1.4.2；Router_2上静态路由的目的网段是10.1.1.0/24，下一跳是10.1.4.1。

当用户主机Host_1发送报文给用户主机Host_2时，报文的发送过程如下（假设Router_1和Router_2上还未建立任何转发表项）。

1. 与 同设备VLAN间互访的步骤1～6一样，经过“Host_1比较目的IP地址—>Host_1查ARP表—>Host_1获取网关MAC地址—>Host_1将发给Host_2的报文送到Router_1—>Router_1查MAC表—>Router_1查三层转发表”的过程，Router_1上送CPU查找路由表。
2. Router_1的CPU根据报文的目的IP 10.1.2.2去找路由表，发现匹配了一个路由网段10.1.2.0/24（VLANIF3对应的网段），下一跳IP地址为10.1.4.2，于是继续查找ARP表，没有找到，Router_1会在下一跳IP地址对应的VLAN4的所有接口发送ARP请求报文，目的IP是10.1.4.2。报文从Router_1的接口IF_2发出前，根据接口配置，直接透传该报文到Router_2的IF_2接口，不剥除报文的Tag。
3. ARP请求报文到达Router_2后，发现目的IP为VLANIF4接口的IP地址，给Router_1回应，填写VLANIF4接口的MAC地址。
4. Router_2的ARP响应报文从其IF_2接口直接透传到Router_1，Router_1接收后，记录VLANIF4的MAC地址与IP地址的对应关系到ARP表项。
5. Router_1将Host_1的报文转发给Router_2，报文的目的MAC修改为Router_2的VLANIF4接口的MAC地址，源MAC地址修改自己的VLANIF4接口的MAC地址，并将刚用到的转发信息记录在三层转发表中（10.1.2.0/24，下一跳IP的MAC地址， 出口VLAN， 出接口）。同样，报文是直接透传到Router_2的IF_2接口。
6. Router_2收到Router_1转发的Host_1的报文后，与同设备VLAN间互访的步骤6～9一样，经过“查MAC表—>查三层转发表—>送CPU—>匹配直连路由—>查ARP表并获取Host_2的MAC地址—>将Host_1的报文转发给Host_2”的过程，同时将Host_2的IP地址、MAC地址、出口VLAN、出接口记录到三层转发表项。

VLAN Damping：

VLAN抑制

如果指定VLAN已经创建对应的VLANIF接口，当VLAN中所有接口状态变为Down而引起VLAN状态变为Down时，VLAN会向VLANIF接口上报接口Down状态，从而引起VLANIF接口状态变化。

为避免由于VLANIF接口状态变化引起的网络震荡，可以在VLANIF接口上启动VLAN Damping功能，抑制VLANIF接口状态变为Down的时间。

当使能VLAN Damping功能，VLAN中最后一个处于Up状态的接口变为Down后，会抑制一定时间（抑制时间可配置）再上报给VLANIF接口。如果在抑制时间内VLAN中有接口Up，则VLANIF接口状态保持Up状态不变。即VLAN Damping功能可以适当延迟VLAN向VLANIF接口上报接口Down状态的时间，从而抑制不必要的路由震荡。

VLAN内二层隔离：

为了实现用户之间的二层隔离，可以将不同的用户加入不同的VLAN。但若企业规模很大，拥有大量的用户，那么就要为不能互相访问的用户都分配VLAN，这不但需要耗费大量的VLAN，还增加了网络管理者配置和维护的工作量。

为此，华为提供了一些VLAN内二层隔离技术，如端口隔离、MUX VLAN和基于MQC的VLAN内二层隔离等。

端口隔离：

端口隔离可实现同一VLAN内端口之间的隔离。用户只需要将端口加入到隔离组中，就可以实现隔离组内端口之间的二层隔离，不同隔离组的端口之间或者不属于任何隔离组的端口与其他端口之间都能进行正常的数据转发。同时，用户还可以通过配置实现端口的单向隔离，为用户提供更安全、更灵活的组网方案。

MUX VLAN：

MUX VLAN（ Multiplex VLAN）提供了一种通过VLAN进行网络资源控制的机制。它既可实现VLAN间用户通信，也可实现VLAN内的用户相互隔离。

比如，企业有如下需求：

• 要求企业内部员工之间可以互相交流，而企业客户之间是隔离的，不能够互相访问。
• 要求企业员工和企业客户都可以访问企业的服务器。

此种场景，通过部署MUX-VLAN就可以实现。

基于流策略的VLAN内二层隔离：

流策略是将流分类和流行为关联后形成的完整的QoS策略。基于流策略的VLAN内二层隔离指用户可以根据匹配规则对报文进行流分类，然后通过流策略将流分类与permit/deny动作相关联，使符合流分类的报文被允许或被禁止通过，从而实现灵活的VLAN内单向或双向隔离。

VLAN间三层隔离：

VLAN间实现三层互通后，两VLAN内的所有用户之间都可以互相访问，但某些场景中，需要禁止部分用户之间的互访或者只允许用户单向访问，比如用户主机和服务器之间一般是单向访问、企业的访客一般只允许上网和访问部分服务器等。此时，就需要配置VLAN间互访控制。

VLAN间互访控制一般通过流策略实现。用户可根据实际需求定义匹配规则对报文进行流分类，然后通过流策略将流分类与permit/deny动作相关联，使符合流分类的报文被允许或禁止通过，从而实现灵活的VLAN间互访控制。

管理VLAN：

当用户通过远端网管集中管理设备时，需要在设备上通过VLANIF接口配置IP地址作为设备管理IP，通过管理IP来STelnet到设备上进行管理。若设备上其他接口相连的用户加入该VLAN，也可以访问该设备，增加了设备的不安全因素。

这种情况下可以配置VLAN为管理VLAN（与管理VLAN对应，没有指定为管理VLAN的VLAN称为业务VLAN），不允许Access类型和Dot1q-tunnel类型接口加入该VLAN。由于Access类型和Dot1q-tunnel类型通常用于连接用户，限制这两种类型接口加入管理VLAN后，与该接口相连的用户就无法访问该设备，从而增加了设备的安全性。

四、三层交换机

1.使用路由器进行VLAN间路由时的问题

现在，我们知道只要能提供VLAN间路由，就能够使分属不同VLAN的计算机互相通信。但是，如果使用路由器进行VLAN间路由的话，随着VLAN之间流量的不断增加，很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈。

交换机使用被称为ASIC(ApplicationSpecified Integrated Circuit)的专用硬件芯片处理数据帧的交换操作，在很多机型上都能实现以缆线速度(Wired Speed)交换。而路由器，则基本上是基于软件处理的。即使以缆线速度接收到数据包，也无法在不限速的条件下转发出去，因此会成为速度瓶颈。就VLAN间路由而言，流量会集中到路由器和交换机互联的汇聚链路部分，这一部分尤其特别容易成为速度瓶颈。并且从硬件上看，由于需要分别设置路由器和交换机，在一些空间狭小的环境里可能连设置的场所都成问题。

2.三层交换机(Layer 3 Switch)

为了解决上述问题，三层交换机应运而生。三层交换机，本质上就是“带有路由功能的(二层)交换机”。路由属于OSI参照模型中第三层网络层的功能，因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。

关于三层交换机的内部结构，可以参照下面的简图。

在一台本体内，分别设置了交换机模块和路由器模块;而内置的路由模块与交换模块相同，使用ASIC硬件处理路由。因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。

• 使用三层交换机进行VLAN间路由(VLAN内通信)

在三层交换机内部数据究竟是怎样传播的呢?基本上，它和使用汇聚链路连接路由器与交换机时的情形相同。

假设有如下图所示的4台计算机与三层交换机互联。当使用路由器连接时，一般需要在LAN接口上设置对应各VLAN的子接口;而三层交换机则是在内部生成“VLAN接口”(VLAN Interface)。VLAN接口，是用于各VLAN收发数据的接口。(注：在Cisco的Catalyst系列交换机上，VLAN Interface被称为SVI——Switched Virtual Interface)

为了与使用路由器进行VLAN间路由对比，让我们同样来考虑一下计算机A与计算机B之间通信时的情况。首先是目标地址为B的数据帧被发到交换机;通过检索同一VLAN的MAC地址列表发现计算机B连在交换机的端口2上;因此将数据帧转发给端口2。

• 使用三层交换机进行VLAN间路由(VLAN间通信)

接下来设想一下计算机A与计算机C间通信时的情形。针对目标IP地址，计算机A可以判断出通信对象不属于同一个网络，因此向默认网关发送数据(Frame 1)。

交换机通过检索MAC地址列表后，经由内部汇聚链接，将数据帧转发给路由模块。在通过内部汇聚链路时，数据帧被附加了属于红色VLAN的VLAN识别信息(Frame 2)。

路由模块在收到数据帧时，先由数据帧附加的VLAN识别信息分辨出它属于红色VLAN，据此判断由红色VLAN接口负责接收并进行路由处理。因为目标网络192.168.2.0/24是直连路由器的网络、且对应蓝色VLAN;因此，接下来就会从蓝色VLAN接口经由内部汇聚链路转发回交换模块。在通过汇聚链路时，这次数据帧被附加上属于蓝色VLAN的识别信息(Frame 3)。

交换机收到这个帧后，检索蓝色VLAN的MAC地址列表，确认需要将它转发给端口3。由于端口3是通常的访问链接，因此转发前会先将VLAN识别信息去除(Frame 4)。最终，计算机C成功地收到交换机转发来的数据帧。

整体的流程，与使用外部路由器时的情况十分相似——都需要经过“发送方→交换模块→路由模块→交换模块→接收方”。

五、传统型路由器存在的意义

1.路由器的必要性

三层交换机的价格，在问世之初非常昂贵，但是现在它们的价格已经下降了许多。目前国外一些廉价机型的售价，折合成人民币后仅为一万多元，而且还在继续下降中。

既然三层交换机能够提供比传统型路由器更为高速的路由处理，那么网络中还有使用路由器的必要吗?

答案是：“是”。

使用路由器的必要性，主要表现在以下几个方面：

(1)用于与WAN连接

三层交换机终究是“交换机”。也就是说，绝大多数机型只配有LAN(以太网)接口。在少数高端交换机上也有用于连接WAN的串行接口或是ATM接口，但在大多数情况下，连接WAN还是需要用到路由器。

(2)保证网络安全

在三层交换机上，通过数据包过滤也能确保一定程度的网络安全。但是使用路由器所提供的各种网络安全功能，用户可以构建更为安全可靠的网络。

路由器提供的网络安全功能中，除了最基本的数据包过滤功能外，还能基于IPSec构建VPN(VirtualPrivate Network)、利用RADIUS进行用户认证等等。

(3)支持除TCP/IP以外的异构网络架构

尽管TCP/IP已经成为当前网络协议架构的主流，但还有不少网络利用Novell Netware下的IPX/SPX或Macintosh下的AppleTalk等网络协议。三层交换机中，除了部分高端机型外基本上还只支持TCP/IP。因此，在需要使用除TCP/IP之外其他网络协议的环境下，路由器还是必不可少的。

注：在少数高端交换机上，也能支持上述路由器的功能。例如Cisco的Catalyst 6500系列，就可以选择与WAN连接的接口模块;还有可选的基于IPSec实现VPN的模块;并且也能支持TCP/IP以外的其他网络协议。

2.路由器和交换机配合构建LAN的实例

下面让我们来看一个路由器和交换机搭配构建LAN的实例。

利用在各楼层配置的二层交换机定义VLAN，连接TCP/IP客户计算机。各楼层间的VLAN间通信，利用三层交换机的高速路由加以实现。如果网络环境要求高可靠性，还可以考虑冗余配置三层交换机。

与WAN的连接，则通过带有各种网络接口的路由器进行。并且，通过路由器的数据包过滤和VPN等功能实现网络安全。此外，使用路由器还能支持Novell Netware等TCP/IP之外的网络。

只有在充分掌握了二层、三层交换机以及传统路由器的基础上，才能做到物竞其用，构筑出高效率、高性价比的网络。

六、使用VLAN设计局域网

1.使用VLAN设计局域网的特点

通过使用VLAN构建局域网，用户能够不受物理链路的限制而自由地分割广播域。

另外，通过先前提到的路由器与三层交换机提供的VLAN间路由，能够适应灵活多变的网络构成。

但是，由于利用VLAN容易导致网络构成复杂化，因此也会造成整个网络的组成难以把握。

可以这样说，在利用VLAN时，除了有“网络构成灵活多变”这个优点外，还搭配着“网络构成复杂化”这个缺点。

下面，就让我们来看看具体的实例。

2.不使用VLAN的局域网中网络构成的改变

假设有如图所示的由1台路由器、2台交换机构成的“不使用VLAN构建”的网络。

图中的路由器，带有2个LAN接口。左侧的网络是192.168.1.0/24，右侧是192.168.2.0/24。

现在如果想将192.168.1.0/24这个网络上的计算机A转移到192.168.2.0/24上去，就需要改变物理连接、将A接到右侧的交换机上。

并且，当需要新增一个地址为192.168.3.0/24的网络时，还要在路由器上再占用一个LAN接口并添置一台交换机。而由于这台路由器上只带了2个LAN接口，因此为了新增网络还必须将路由器升级为带有3个以上LAN接口的产品。

3.使用VLAN的局域网中网络构成的改变

接下来再假设有一个由1台路由器、2台交换机构成的“使用VLAN”的局域网。交换机与交换机、交换机与路由器之间均为汇聚链路;并且假设192.168.1.0/24对应红色VLAN、192.168.2.0/24对应蓝色VLAN。

需要将连接在交换机1上192.168.1.0/24这个网段的计算机A转属192.168.2.0/24时，无需更改物理布线。只要在交换机上生成蓝色VLAN，然后将计算机A所连的端口1加入到蓝色VLAN中去，使它成为访问链接即可。

然后，根据需要设定计算机A的IP地址、默认网关等信息就可以了。如果IP地址相关的设定是由DHCP获取的，那么在客户机方面无需进行任何设定修改，就可以在不同网段间移动。

利用VLAN后，我们可以在免于改动任何物理布线的前提下，自由进行网络的逻辑设计。如果所处的工作环境恰恰需要经常改变网络布局，那么利用VLAN的优势就非常明显了。

并且，当需要新增一个地址为192.168.3.0/24的网段时，也只需要在交换机上新建一个对应192.168.3.0/24的VLAN，并将所需的端口加入它的访问链路就可以了。

如果网络环境中还需要利用外部路由器，则只要在路由器的汇聚端口上新增一个子接口的设定就可以完成全部操作，而不需要消耗更多的物理接口(LAN接口)。要使用的是三层交换机内部的路由模块，则只需要新设一个VLAN接口即可。

网络环境的成长，往往是难以预测的，很可能经常会出现需要分割现有网络或是增加新网络的情况。而充分活用VLAN后，就可以轻易地解决这些问题。

4.利用VLAN而导致的网络结构复杂化

虽然利用VLAN可以灵活地构建网络，但是同时，它也带来了网络结构复杂化的问题。

特别是由于数据流纵横交错，一旦发生故障时，准确定位并排除故障会比较困难。

为了便于理解数据流向的复杂化，假设有下图所示的网络。计算机A向计算机C发送数据时，数据流的整体走向如下：

计算机A→交换机1→路由器→交换机1→交换机2→计算机C

首先计算机A向交换机1送出数据(①)，其后数据被转发给路由器(②)进行VLAN间路由。路由后的数据，再从汇聚链路返回交换机1(③)。由于通信目标计算机C并不直连在交换机1上，因此还需要经过汇聚链路转发到交换机2(④)。在交换机2上，数据最终被转发到C所连的端口2上，这才完成整个流程(⑤)。

在这个例子中，仅由2台交换机构成网络，其数据流已经如此复杂，如果构建横跨多台交换机的VLAN的话，每个数据流的流向显然会更加难以把握。

5.网络的逻辑结构与物理结构

为了对应日渐复杂化的数据流，管理员需要从“逻辑结构”与“物理结构”两方面入手，把握好网络的现状。

物理结构，指的是从物理层和数据链路层观察到的网络的现状，表示了网络的物理布线形态和VLAN的设定等等。

而逻辑结构，则表示从网络层以上的层面观察到的网络结构。下面我们就试着以路由器为中心分析一个IP网络的逻辑结构。

分析这个物理结构并转换成以路由器为中心的逻辑结构后，会得到如下的逻辑结构图。当我们需要进行路由或是数据包过滤的设定时，都必须在逻辑结构的基础上进行。

把握这两种网络结构图的区别是十分重要的，特别是在VLAN和三层交换机大行其道的现代企业级网络当中。

转自： 天億网络安全