網路工程知識（二）VLAN的基礎和配置：802.1q幀；Access、Trunk、Hybrid介面工作模式過程與配置；VLANIF的小實驗
介紹-VLAN
VLAN(Virtual Local Area Network)即虛擬區域網，工作在數據鏈路層。
交換機將通過：介面、MAC、基於子網、協議劃分（IPv4和IPv6）、基於策略的方式劃分VLAN的方式，將接入的設備進行劃分。
- 目的：
- VLAN 可以將同一個物理網路劃分為多個邏輯網段，從而減小廣播域，節約交換機性能，抑制網路風暴。
- VLAN之間無法二層互通，可以隔離業務，增強網路安全性。
乙太網報文
- 在交換機中乙太網（EtherNet）有untag和tag兩種報文。untag幀即終端可以識別的普通乙太網幀。tag幀在源mac地址（SA）和幀負載（Frame Load）之間有一段4Byte的Tag欄位。
| 幀 | 特點 |
| Ethernet幀 | untag，一般指端設備可識別 |
| 802.1q幀 | 在Ethernet幀的基礎上加上Tag欄位，一般用於交換機之間 |
圖1.802.1q幀tag示意圖
- 這個Tag欄位中主要內容是VLAN ID，保存著VLAN。
- VLAN ID佔用12bit，可以記錄到4096個數字，去除全0和全1的情況，所以VLAN範圍為1-4094。
- CFI佔用1bit，0代表乙太網，1代表令牌環網（Token Ring）。
PIVD和三種vlan介面工作模式
因為tag的存在，交換機可以識別選擇性處理數據幀，但是終端設備是無法正常的識別tag，所以交換機需要為出入埠的數據幀進行處理。
可以這樣理解，交換機之間使用含tag的語言交流，終端只懂untag語言，所以需要埠承擔不同的工作模式。
PVID
PVID（Port Default VLAN ID）指的是埠預設VLAN（埠默認VLAN ID），在實際上配置中，我們實際上是給埠配置pvid，pvid可以理解就是這個介面要處理埠的一個參數，在處理報文時候需要使用。
ps：這裡的收發是站在交換機的角度出發，即入介面為交換機收，同理出介面為交換機發。發的時候交換機不會檢查是否是tag幀還是untag幀，因為從交換機cpu處理過的都是tag幀。
ps：一下簡化一下，untag幀即為標準的乙太網幀，tag幀為帶有vlan的802.1q幀。
Access介面：
- 用於交換機連接終端設備，在配置交換機的時候只需要配置port default vlan id即pvid，用於生成vlan id為tag的，不涉及allowed list和tag list、untag list。
- 收：
- untag幀，打上埠pvid後接收；
- tag幀（話說應該是接錯了到交換機），看vlan id是否等於pvid，相同則接受，不相同就丟棄
- 發：
- 將幀中tag欄位剔除後發送。
[alittlemcSW]interface GigabitEthernet 0/0/1 [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/1]port link-type access [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/1]port default vlan 10
Trunk介面：
- 用於交換機之間的級聯。trunk可以設置多個可以通過的vlan id或範圍，即allow-pass list。
- 收：
- untag幀，打上pvid，後轉發；
- tag幀，判斷vlan id是否是為allow-pass list中允許的vlan id，允許則接收，否則丟棄。
- 比較幀vlan id和埠pvid是否相同，相同則去掉tag發送，不相同直接發送。
發（必是tag幀）：
[alittlemcSW]interface GigabitEthernet 0/0/2 [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/2]port link-type trunk [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/2]port trunk allow-pass vlan all [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/2]port trunk pvid vlan 10
Hybrid介面：
注意，Hybrid為華為專有的介面，所以思科銳捷這些是沒有的哦，而且默認華為交換機就默認使用此模式。
- 兼容了access和trunk的特點，接在交換機或終端均可。
- 收（其實是和Trunk的接收操作是一樣的）：
- untag幀，打上pvid，後轉發；
- tag幀，判斷vlan id是否是為tag list（和trunk中allow-pass list效果一致）中允許的vlan id，允許則接收，否則丟棄。
- 發（在hybrid中有tagged list和untagged list）：
- 檢查tag幀中的vlan id，屬於tag list，直接轉發；屬於untag list中則剔除tag幀的tag後變為untag幀轉發。
[alittlemcSW]interface GigabitEthernet0/0/3 [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid pvid vlan 10 [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid tagged vlan 20 30 #允許帶vlan20 30的tag直接通過，對應trunk模式 [alittlemcSW-GigabitEthernet0/0/3]port hybrid untagged vlan 10 100 200 #發送時將vlan10 100 200的tag欄位剔除，對應access模式
- hybrid和trunk模式其實很相似，在收時候一致。在發時候，因為pvid只有一個，hybrid允許untagged list中多個vlan id幀直接剔除tag發送，而trunk只會對和pvid相同的vlan id幀剔除tag發送。
VLAN IF
vlan if是交換機虛擬出來的三層介面，可以設置ip，每一個vlan對應一個vlan if，主要用作為vlan網關。我們需要通過網路層的路由從而實現不同之間vlan之間數據互訪。 同時也可以實現同vlan不同子網的互訪。
眾所周知，不同vlan可以使用網路層來實現通訊，不同網段使用網關的路由來通訊。基於此，我整理了兩個實驗。
使用vlanif IP作為用戶網關的情況下都可以實現不同子網、不同VLAN通訊。
同vlan不同子網通訊
vlanif甚至可以和路由器ip一樣很方便的使用：同VLAN下不同網段之間路由，比如某個項目由不同公司負責，一期項目使用了10.10.10.0/24網段、二期使用10.10.20.0/24網段。
圖2.拓撲1
#將1,2,3埠都劃分到vlan10 access [alittlemcSW]port-group group-member GigabitEthernet 0/0/1 to GigabitEthernet 0/0/3 [alittlemcSW-port-group]port link-type access [alittlemcSW-port-group]port default vlan 10
直接設置vlanif sub
[alittlemcSW]interface vlanif 10 [alittlemcSW-Vlanif10]ip address 10.10.10.254 24 [alittlemcSW-Vlanif10]ip adderss 10.10.20.254 24 sub
[alittlemcSW-Vlanif10]ip adderss 10.10.31.254 22 sub
不同VLAN通訊子網使用
基於上次的實驗微調了一下，不同vlan之間的通訊的原理也包含其中啦，只要配置了vlanif，vlanif都在本機內可以直同路由。
圖3.拓撲2
直接上配置。
# interface Vlanif10 ip address 10.10.10.254 255.255.255.0 ip address 10.10.31.254 255.255.252.0 sub # interface Vlanif20 ip address 10.10.20.254 255.255.255.0 # interface GigabitEthernet0/0/1 port link-type access port default vlan 10 # interface GigabitEthernet0/0/2 port link-type access port default vlan 20 # interface GigabitEthernet0/0/3 port link-type access port default vlan 10 #
如果是不同的交換機之間，配置是一樣的，只不過要注意配置靜態路由即可。
其他
QinQ
QinQ（802.1Q in 802.1Q）也被稱之為VLAN Stacking或Double VLAN。（詳細可見什麼是QinQ? 為什麼需要QinQ？ – 華為 (huawei.com)）
我們的802.1q幀多了4Byte用於存放Tag，其中VLAN ID佔用12bit，即vlan id的範圍1到4064。但是某些情況下一個需要大量的vlan就可能不夠用，QinQ在乙太網幀中插入了兩段tag資訊，即可以實現存儲4064×4064個vlan的效果。
圖4.QinQ
更新日誌
- 2022年10月21日19:22:40
- 完成了vlan的介紹、三種介面模式、vlanif的應用
- 預告-後面會更新vlan的劃分->介面、MAC、基於子網、協議劃分（IPv4和IPv6）、基於策略的方式劃分VLAN的方式
