(参考2)虚拟局域网vlan

局域网与城域网Local&MetropolitanAreaNetworks第7章虚拟局域网7.1VLAN的引入7.2VLAN基础7.3VLAN运行原理7.4VLAN的应用7.5小结7.1VLAN的引入交换式局域网L2交换机广泛用于组建局域网称为交换式局域网全部使用L2交换机组网，称为全交换网络在以太网领域，有以太网交换机、交换式以太网，等等全交换网络属于同一个广播域L2交换机本质上就是网桥，全交换网络就是桥接局域网大型交换式网络以太网交换机的广泛应用，促进了大型网络的建设高性能的大型交换式网络产生严重的广播风暴7.1VLAN的引入大型交换式网络的广播风暴交换机站交换机交换机站站站7.1VLAN的引入广播风暴的成因广播域内有相当多的帧采用广播式发送任何一个广播帧都会传遍整个广播域交换机生成树协议的BPDU帧会周期性发送到整个广播域交换机扩散未知宿地址帧到整个广播域广播域增大，帧的广播数量指数上升，形成广播风暴广播风暴的影响降低网络性能浪费网络带宽、吞吐率下降，帧转发时延急剧增大造成网络拥塞，严重时甚至使网络瘫痪解决措施划分一个大广播域为多个小广播域7.2VLAN基础7.2.1VLAN概念7.2.2VLAN标识符7.2.3VLAN分类7.2.4VLAN加标帧7.2.5VLAN设备7.2.6VLAN链路7.2.7VLAN的MAC表7.2.1VLAN概念什么是VLAN划分一个交换式网络为多个相互独立的虚拟物理网络这些逻辑上虚拟的物理网络称为VLAN虚拟局域网：VirtualLANVLAN之间相互逻辑隔离，成员之间不能直接通信VLAN之间的通信只能通过L3或更高层7.2.1VLAN概念VLAN划分的一些特点通过交换机的命令配置划分VLANVLAN的划分可以跨越交换机同一VLAN的成员物理上可以位于不同地方一个站点可以同时属于多个VLAN7.2.1VLAN概念VLAN划分前后图例VLAN划分前站点均位于同一广播域所有站点均可直接通信VLAN划分后一个物理网划分成VLAN2和VLAN3形成两个独立的广播域VLAN成员之间的直接通信VLAN之间不能通信VLAN之内可以通信可以设计成员之间的间接通信机制以太网交换机以太网交换机VLAN2VLAN37.2.2VLAN标识符如何识别同一物理网络中的不同VLAN？给每个VLAN指派一个VLAN标识符VLANID、VIDVLAN标识符：VLANIdentifier不同的VLANID标识不同的VLANVID值一个12bit的无符号数，合法范围：1～4094具体设备支持的VID范围可能更小默认VID值为1，用户不能指派他用defaultPVIDvalue7.2.3VLAN分类可以有多种类型的VLAN取决于不同的VLAN划分策略VLAN类型举例基于端口的VLAN是所有可能的VLAN类型的基础基于协议的VLAN基于MAC地址的VLAN基于子网的VLAN7.2.3VLAN分类基于端口的VLANPort-basedVLAN指定交换机的各个端口归属于那一个VLAN为端口指派VLANID（称为PVID）按端口物理位置划分的VLAN静态划分，不会随站点接入的端口而变交换机的一个端口可同时属于多个VLAN最简单，却是得到最广泛应用的VLAN类型7.2.3VLAN分类其它VLAN分类方式基于协议的VLAN根据高层协议对VLAN分类可能出现物理位置重叠VLAN基于MAC地址的VLAN根据MAC地址对VLAN分类MAC帧只会发送到站点宿站点，安全性好配置繁琐这些分类方式均很少应用7.2.4VLAN加标帧MAC加标帧Taggedframe在MAC帧头增加标志字段标志字段可封装VLANID、用户优先级等信息分别称为VLAN加标帧、优先级加标帧，和无标帧以太网的扩展帧802.3-2002规定了加标MAC帧格式其中，802.1Q标志类型可作为VLAN加标帧7.2.4VLAN加标帧基本MAC帧格式：802.3-20027.2.4VLAN加标帧加标MAC帧：基本MAC帧格式的扩展7.2.4TCI格式TCI有2个八位组，包含user_priority、CFI、VID见Fig.9-47.2.4VLAN加标帧加标帧的标志头包括：TPID、TCITPID：TagProtocolIdentifier用以标识加标帧的类型ETPID：81-00，表示802.1QTagTypeTCI：TagControlInformation包括：P、CFI、VID三个字段CFI：criterionformatindentifier7.2.4VLAN加标帧Length/TypeFCSDASA以太网：基本MAC帧以太网：VLAN加标帧FCSDASATPIDVLANIDPCFIVLAN标记头MACClientDataLength/TypeMACClientData7.2.4加标帧的标志字段TPIDVLANIDPCFI用以标识加标帧的类型81-00表示：802.1QTag即VLAN协议3bits1bit12bitsTCI：TagControlInformation2个八位组TagProtocolIdentifie2个八位组•用以表示优先级•3位、共8个等级•不同设备支持优先级的等级数有差异•优先级高的帧先发出用一个12位无符号二进数表示VLAN加标帧有效范围：1～40941：defaultVLANID基于端口VLAN中的默认值，可由网管改变FFF：保留用户优先级帧0：nullVLANID7.2.4VID格式VID用一个12位无符号二进数作为VLAN标识符，唯一标识了该帧归属的VLAN。0：nullVLANID，表示该帧是用户优先级帧VLAN加标帧的标志头中必须有非空VLANID1：defaultPVIDvalue，基于端口VLAN中的默认值，可用网管改变FFF：保留7.2.5VLAN设备VLAN中的设备可分为两类VLAN知晓设备、VLAN非知晓设备VLAN知晓设备：VLANaware能意识到VLAN的存在，例如支持802.1Q的交换机识别VLAN加标帧并予以适当的处理同时也能适当处理非加标帧VLAN非知晓设备：VLANunaware不能意识到VLAN的存在，例如一般的计算机不能识别VLAN加标帧只能处理无标帧，或优先级帧7.2.5VLAN设备图中只有交换机是VLAN知晓设备交换机只转发同一VLAN内站点之间的无标帧其余设备(H、SRV)均为VLAN非知晓设备交换机VLAN_2VLAN_3H1H2H3H4SRV7.2.6VLAN链路主干链路：TrunkLink通常用于互连VLAN交换机用于跨交换机传递多个VLAN的信息链路上传送的是VLAN加标帧接入链路：AccessLink通常用于将无知晓设备接入VLAN链路上传送的是无标帧接入链路上的入端口为无标帧加标接收帧的端口将VID(PVID)值插入无标帧中混合链路：HybridLink（略）7.2.6VLAN链路主干链路连接运行VLAN协议的交换机主干链路的特点主干链路的端口可能属于多个VLAN多个VLAN跨交换机共用同一链路实现中继VALN交换机VLAN交换机VLAN2VLAN3Trunklink：VLAN2、37.2.6VLAN链路接入链路将VLAN非知晓设备接入VLAN交换机接入链路的特点链路只能收发无标帧链路上的VLAN入端口只属于1个VLANPCVALN交换机HUBPCPCPCPC接入链路7.2.7VLAN的MAC表两种动态建表的方式独立学习：为每个VLAN建立一个MAC表共享学习：为所有VLAN建立一个共同的MAC表交换机12345H1H2H3H4V2V3VLAN2MAC地址端口MAC(1)1MAC(4)4……VLAN3MAC地址端口MAC(4)4MAC(5)5……独立学习建表MAC地址端口VLANMAC(1)12MAC(4)42,3MAC(5)53……共享学习建表H57.3VLAN运行原理7.3.1VLAN网桥协议结构7.3.2VLAN网桥的E-ISS7.3.3帧的处理过程7.3.1VLAN网桥协议结构网桥协议结构模型的构成一个MAC中继实体互连网桥各端口，两个以上的端口高层协议实体，包括STP、RSTP、网管等实体MAC中继实体MAC中继实体处理MAC无关功能中继帧、过滤帧、学习过滤信息等它使用各个端口的MAC实体提供的E-ISS服务端口每个端口固定关联一个MAC实体MAC实体处理所有MAC方法相关功能MAC协议和过程7.3.1一般网桥的结构两端口网桥的体系结构注意：VLAN网桥/E-ISS，普通网桥/ISS高层实体（STP、RSTP、网管、……）MAC实体MAC实体MAC中继实体ISSISSMAC服务用户MAC服务用户MSAPMSAP7.3.1VLAN网桥的ISS增强VLAN网桥：E-ISS增强的内部子层服务E-ISS结构图，Fig.6-1，802.1Q-20037.3.1VLAN网桥的结构两端口网桥的体系结构Fig.8-3,802.1Q-2003高层实体（STP、RSTP、网管、……）MAC实体MAC实体MAC中继实体E-ISSE-ISSMAC服务用户MAC服务用户MSAPMSAP7.3.2网桥的内部子层服务比较普通网桥网桥的内部子层服务是无连接模式MAC服务服务原语MA-UNITDATArequestMA-UNITDATAindication原语参数有4个DA、SA、MSDU、优先级7.3.2VLAN网桥中的E-ISSE-ISS：增强内部子层服务是ISS的增强，增加了帧的加标去标功能定义了VLAN知晓网桥中的MAC服务支持VLAN中继功能VLAN知晓网桥就是支持这些功能的网桥E-ISS服务定义的单元数据原语是EM_UNITDATA.indicationEM_UNITDATA.request参数主要包括DA/SA、MSDU、用户优先级、VLANID7.3.3帧的处理过程VLAN交换机的帧处理针对加标帧和无标帧，加标、删标帧处理主要考虑是否为有效帧如果是有效帧，是否转发如果转发，是否需要加或删VLANID7.3.3帧的处理示例设两交换机MAC表空，H1向H5发送一帧SW1处理:p1属V_3收到无标帧，宿地址不在V_3表中，向p2、p4转发，其中向p4转发帧加标记，然后在V_3中添加MAC(1)表项SW2处理:p3收到V_3加标帧，宿地址不在V_3表中，删除标记后向端口2转发，然后在V_3中添加MAC(1)表项VLAN交换机1123H1H2H3V3VLAN交换机212H4H543V27.4VLAN的应用7.4.1根据需要划分VLAN7.4.2组建VLAN的条件7.4.3基于端口VLAN的实现7.4.4VLAN之间的通信7.4.1根据需求划分VLAN根据不同的应用需求划分，例如普通工作组或项目组的所有用户特定安全要求的一组群体一台服务器和访问该服务器的多个用户支持特定协议族的一组用户7.4.2组建VLAN的条件组建VLAN的条件VLAN通常是基于交换式以太网的因此组建VLAN需要至少一个，或多个以太网交换机以太网交换机必须支持802.1Q协议注意交换机支持VLAN的数目因设备而异7.4.3基于端口VLAN的实现需要对支持VLAN协议的交换机进行配置1）创建VLAN、设置VLANID2）对交换机端口进行配置portmodeTrunkmodeAccessmodeVLANIDforeachportVLANtrunkprotocoltypefortrunkport不同商家交换机互连时，trunk链路的端口必须配置相同的协议：802.1Q案例