虚拟局域网 VLAN 技术是在交换机上实现的，需要交换机能够实现以下两大功能

• 能够处理带有 VLAN 标记的帧：IEEE 802.1Q 帧
• 交换机的各端口支持不同的端口类型（帧的处理方式有所不同）

1、IEEE 802.1Q 帧

IEEE 802.1Q 帧（也称 Dot One Q 帧）对以太网的 MAC 帧格式进行了扩展，插入了 $4$ 字节的 VLAN 标记。

• 以太网版本 $2$ 的 MAC 帧格式

• 插入 VLAN 标记的 802.1Q 帧格式

VLAN 标记的最后 $12$ 个比特称为 VLAN 标识符 VID，它唯一的标志了以太网属于哪一个 VLAN

• VID 的取值范围为 $0$ ~ $4095$ （$0$ ~ $2^{12}-1$）
• $0$ 和 $4095$ 都不用来表示 VLAN ，因此用于表示 VLAN 的 VID 的有效取值范围是$1$～$4094$。

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注意：

• 802.1Q 帧是由交换机来处理的，而不是用户主机来处理的。

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当交换机收到普通的以太网帧时，会将其插入 $4$ 字节的 VLAN 标记转变为 802.1Q 帧，简称 “$打标签$”

当交换机转发 802.1Q 帧时，可能会删除其 $4$ 字节 VLAN 标记转变为普通以太网帧，简称 “$去标签$”

2、交换机的端口类型

交换机的端口类型有以下三种:

• Access

• Trunk

• Hybrid（思科交换机没有该端口）

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交换机各端口的缺省 VLAN ID

• 在思科交换机上称为 Native VLAN，即本征 VLAN。

  • 例如：思科交换机在用户未配置 VLAN 时，所有端口都默认属属于 VLAN1

    ​ 即：所有端口的本征 VLAN 都是 VLAN1

• 在华为交换机上称为 Port VLAN ID，即端口 VLAN ID，简记为 PVID。

说明：以下均采用华为交换机

注意：

• 交换机的每个端口有且只有一个 PVID

2.1、Access 端口

Access 端口一般用于连接用户计算机

Access 端口只能属于一个VLAN

Access 端口的 PVID 值与端口所属 VLAN 的 ID 相同（默认为 $1$）

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例如：主机 A、B、C、D 分别连接在交换机的一个端口上

交换机首次上电时，默认配置个端口属于 VLAN1

• 也就是各端口的 PVID 值等于 $1$

默认配置各端口的类型为 Access（A 标识）

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2.1.1、接受处理方法

Access 端口接收处理方法:

• 一般只接受 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧。
• 根据接收帧的端口的 PVID 给帧 “$打标签$” ，即插入 $4$ 字节 VLAN 标记字段，字段中的 VID 取值与端口的 PVID 取值相等。

假设主机 A 发送了一个广播帧

该帧从交换机的端口 $1$ 进入交换机。

由于端口 $1$ 的类型是 Access，它会对接收到的 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧 “打标签” 。

• 插入 $4$ 字节的 VLAN 标记字段

由于端口 $1$ 的 PVID 值也等于 $1$，因此所插入的 $4$ 字节 VLAN 标记字段中的 VID 的值也等于 $1$。

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2.1.2、发送处理方法

Access 端口发送处理方法:

• 若帧中的 VID 与端口的 PVID 相等，则 “$去标签$” 并转发该帧
• 否则不转发。

广播帧中的 VID 的取值与端口 $2、3、4$ 的 PVD 取值都等于 $1$

• 因此，交换机会从这三个端口对帧进行 “去标签” 转发

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若将主机 A、B 划归的 VLAN2，将主机 C、D 划归到 VLAN3

这样，VLAN2 的广播帧不会传送到 VLAN3。反之亦然

为了实现这种应用，可以在交换机上创建 VLAN2 和 VLAN3，然后将交换机的端口 $1$ 和 $2$ 划归到 VLAN2

• 因此，端口 $1$ 和 $2$ 的 PVID 值等于 $2$

将交换机的端口 $3$ 和 $4$ 划归到 VLAN3

• 因此，端口 $3$ 和 $4$ 的 PVID 值等于 $3$

假设主机 A 发送了一个广播帧

该帧从交换机的端口 $1$ 进入交换机。

由于端口 $1$ 的类型是 Access，它会对接收到的 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧 “打标签” 。

• 插入 $4$ 字节的 VLAN 标记字段

由于端口 $1$ 的 PVID 值等于 $2$，因此所插入的 $4$ 字节 VLAN 标记字段中的 VID 的值也等于 $2$ 。

广播帧中的 VID 值与端口 $2$ 的 PVID 值都等于 $2$

• 因此，交换机会从端口 $2$ 对帧进行 “去标签” 转发。

假设主机 C 发送了一个广播帧

该帧从交换机的端口 $3$ 进入交换机。

由于端口 $3$ 的类型是 Access，它会对接收到的 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧 “打标签” 。

• 插入 $4$ 字节的 VLAN 标记字段

由于端口 $3$ 的 PVID 值等于 3，因此所插入的 4 字节 VLAN 标记字段中的 VID 的值也等于 $3$ 。

广播帧中的 VID 值与端口 $4$ 的 PVID 值都等于 $3$

• 因此，交换机会从端口 $4$ 对帧进行 “去标签” 转发。

2.2、Trunk 端口

Trunk 端口一般用于交换机之间或交换机与路由器之间的互连

Trunk 端口可以属于多个 VLAN

• Trunk 端口可以接受和发送多个 VLAN 的帧

用户可以设置 Trunk 端口的 PVID 值。默认情况下, Trunk 端口的 PVID 值为 $1$ 。

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两台交换机互连而成了一个交换式以太网

将主机 A、B、E、F 划归到 VLAN1，将主机 C、D、G、H 划归到 VLAN2

由于交换机首次上电时默认配置各端口属于 VLAN1

• 其相应的 PVID 值等于 $1$，并且端口的类型为 Access

因此，我们需要对交换机进行相应的配置才能满足应用需求

• 分别在两个交换机上创建 VLAN2，并将它们的端口 3 和 4 都划归到 VLAN2，其相应的 PVID 值等于 $2$
• 而两个交换机的端口 $1$ 和 $2$ 保持默认配置即可，也就是属于 VLAN1，其相应的 PVID 值等于 $1$

注意：需要将交换机互联的端口 $5$ 的类型更改为 Trank 类型，其 PVID 值默认 $1$ 即可

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2.2.1、发送处理方法

Trank 端口发送处理方法：

• 对 VID 等于 PVID 的帧，“$去标签$” 再转发
• 对 VID 不等于 PVID 的帧，$直接转发$

假设主机 A 发送了一个广播帧

该帧从交换机 $1$ 的端口 $1$ 进入交换机。

由于端口 $1$ 的类型是 Access，它会对接收到的 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧 “打标签” 。

• 插入 $4$ 字节的 VLAN 标记字段

由于端口 $1$ 的 PVID 值也等于 $1$，因此所插入的 $4$ 字节 VLAN 标记字段中的 VID 的值也等于 $1$ 。

该广播帧中的 VID 的取值与端口 $2$ 的 PVID 值都等于 $1$，端口 $2$ 的类型是 Access

• 因此，交换机 $1$ 会从端口 $2$ 对帧进行 “去标签” 转发。

该广播帧中的 VID 的取值与端口 $5$ 的 PVID 值都等于 $1$，端口 $5$ 的类型是 Trank

• 因此，交换机 $1$ 会从端口 $5$ 对帧进行 “去标签” 转发。

很显然，该广播帧会从交换机 $2$ 的端口 $5$ 进入交换机 $2$

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2.2.2、接受处理方法

Trunk 端口接收处理方法:

• 接收 “未打标签” 的帧，根据接收帧的端口的 PVID 给帧 “$打标签$”

  即插入 $4$ 字节 VLAN 标记字段，字段中的 VID 取值与端口的 PVID 取值相等。

• 接受 “已打标签的帧”

对上述广播帧

交换机 $2$ 会对接受到的 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧 “打标签” 。

• 也就是插入 $4$ 字节的 VLAN 标志字段

由于端口 $5$ 的 PVID 值等于 $1$

• 因此，所插入的 $4$ 字节 VLAN 标记字段中的 VID 值也等于 $1$

该广播帧中的 VID 值与 端口 $1$ 和 $2$ 的 PVID 值都等于 $1$，端口 $1$ 和 $2$ 的类型都是 Access

• 因此，交换机 $2$ 会从端口 $1$ 和 $2$对帧进行 “去标签” 转发。

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假设主机 C 发送了一个广播帧

该帧从交换机 $1$ 的端口 $3$ 进入交换机。

由于端口 $3$ 的类型是 Access，它会对接收到的 “未打标签” 的普通以太网 MAC 帧 “打标签” 。

• 插入 $4$ 字节的 VLAN 标记字段

由于端口 $3$ 的 PVID 值等于 $2$，因此所插入的 $4$ 字节 VLAN 标记字段中的 VID 的值也等于 $2$ 。

该广播帧的 VID 取值 与端口 $4$ 的 PVID 值都等于 $2$，端口 $4$ 的类型是 Access

• 因此，交换机 $1$ 会从端口 $4$ 对帧进行 “去标签” 转发。

该广播帧的 VID 的值与端口 $5$ 的 PVID 值不相等，由于 Trunk 端口对 VID 不等于 PVID 的帧是$直接转发$的。

• 因此，交换机 $1$ 会从端口 $5$ 对帧直接转发
• 也就是不去掉标签而带着标签直接转发

很显然，该 802.1Q 广播帧会从交换机 $2$ 的端口 $5$ 进入交换机 $2$

Trank 端口接受已打标签的 802.1Q帧

该广播帧的 VID 的取值与端口 $3$ 和 $4$ 的 PVID 值都等于 $2$，端口 $3$ 和 $4$ 的类型都是 Access 类型

• 因此，交换机 $2$ 会从端口 $3$ 和 $4$ 对帧进行 “去标签” 转发。

2.3、小总结

在由多个交换机互连而成的交换式以太网中划分 VLAN 时。

• 连接主机的交换机端口应设置为 Access 类型

• 交换机之间互连的端口应设置为 Trank 类型

2.4、习题

解析

2.5、Hybrid 端口

Hybrid 端口既可用于交换机之间或交换机与路由器之间的互连(同 Trunk 端口)，也可用于交换机与用户计算机之间的互连（同 Access 端口）

Hybrid 端口可以属于多个 VLAN （同 Trunk 端口）用户可以设置 Hybrid 端口的 PVID 值。

• 默认情况下 Hybrid 端口的 PVID 值为 $1$ （同 Trunk 端口）

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Hybrid 端口发送处理方法（$与Trunk端口不同$）查看帧的 VID 是否在端口的 “去标签” 列表中;

• 若存在，则“去标签”后再转发;

• 若不存在，则直接转发;

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Hybrid 端口接收处理方法（同 Trunk 端口）

• 接收 “未打标签” 的帧，根据接收帧的端口的 PVID 给帧“打标签”

  即插入 $4$ 字节 VLAN 标记字段，字段中的 VID 取值与端口的 PVID 取值相等。

• 接收 “已打标签的帧” ;

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主机 A 给 C 发送数据帧

该帧从交换机的端口 $1$ 进入交换机，由于端口 $1$ 的类型是 Hybrid

• 它会对接收到的 “未打标签”的 普通以太网 MAC 帧 “打标签”

由于端口 $1$ 的 PVID 值等于 $10$

• 因此，所插入的 $4$ 字节 VLAN 标记字段中的 VID 的值也等于 $10$。

该帧将从端口 $3$ 转发，由于帧中的 VID 的取值再端口 $3$ 的去标签列表中

• 因此，该帧会被 “去标签” 转发

这样主机 C 就可以收到主机 A 发送的数据帧

同理，主机 C 给 A 发送数据帧，主机 A 同样可以收到

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主机 B 给 C 发送数据帧

同理，主机 C 给 B 发送数据帧，主机 B 同样可以收到

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主机 A 给 B 发送数据帧

该帧从交换机的端口 $1$ 进入交换机，给该帧打标签，其中 VID 取值为 $10$

该帧将从端口 $2$ 转发

由于帧中的 VID 的取值不在端口 $2$ 的去标签列表中。

• 因此，该帧被直接转发

这样主机 B 就会收到一个带有 VLAN 标记的 802.1Q 帧

• 但是主机 B 可以识别普通以太网 MAC 帧，而不能识别 802.1Q 帧，只能丢弃该帧

主机 B 给 A 发送数据帧同理