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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。

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。

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：

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：

• 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。

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。

参考文档：华为HedEx文档