VLAN的原理与配置

之前我们学习了以太网的基础知识，了解了网络交换设备的发展，交换机的工作原理，广播域和冲突域。

## 一、概述
还简单了解了以太网的CSMA/CD通讯机制，以太网是建立在CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波监听多路访问/冲突检测)机制上的广播型网络。CSMA/CD是一种媒体访问控制方法，用于解决网络中多个节点同时发送数据时可能发生的冲突。在CSMA/CD协议中，所有节点在发送数据前都会先侦听信道是否空闲。如果信道空闲，节点会发送数据；如果信道忙碌，节点则会等待一段时间后再次侦听。当两个或更多的节点同时发送数据时，会导致信号发生碰撞。当发生碰撞时，节点会检测到冲突并停止发送数据。其特征是共享通信介质。当主机数目较多时会导致安全隐患、广播泛滥、性能显著下降甚至造成网络不可用。

大家可以想象一下多个交换机串联在一起，有几十台或者几百台交换机进行连接时候，那时候所有的广播数据需要整个网络泛洪会出现什么情况？为了解决这个问题出现了VLAN  (Virtual Local Area Network)虚拟局域网,用于隔离广播域。

传统以太网现象：
![传统以太网](/media/202401/2024-01-06_144503_0270470.2930057544231618.png)

划分VLAN后：
![划分VLAN](/media/202401/2024-01-06_144526_5509880.06621256355220317.png)

## 二、VLAN的定义与数据格式

### 2.1 VLAN的原理
VLAN  (Virtual Local Area Network)虚拟局域网，特点：
- 不受地域限制。
- 同一VLAN内的设备才能直接进行二层通信。

其实可以理解为在交换机内部进行分组，打上标签，属于同组的端口才会进行互相通信。数据链路还是需要通过物理链路进行数据传输的，VLAN只是基于端口进行逻辑隔离。
![VLAN通信](/media/202401/2024-01-06_144554_4891590.8300377357789462.png)

VLAN通过标签识别不同VLAN，VLAN标签 (VLAN Tag)。在二层数据帧直接插入一个VLAN标签。
![VLAN标签](/media/202401/2024-01-06_144653_8253430.10639778314432424.png)

![VLAN数据帧](/media/202401/2024-01-06_144717_5611680.41776412805772034.png)

VLAN的实现：没有Tag的原始数据帧进入交换机端口被依据IEEE 802.1Q标准（也被称为Dot1Q）定义了一个标记。
![VLAN实现](/media/202401/2024-01-06_144741_8774080.5015934428128452.png)

### 2.2 VLAN的划分方式
有多种划分VLAN的方式，一般常用的就是基于交换机的端口进行划分，其他的比较少见。
![VLAN划分方式](/media/202401/2024-01-06_144803_5595300.2377989954349935.png)

**VLAN的范围：1~4094**，交换机的默认VLAN,VLAN 1，默认交换机所有端口都属于VLAN 1，属于同一个广播域。
![基于接口的VLAN划分](/media/202401/2024-01-06_144829_2688680.7284142974427256.png)

## 三、VLAN的接口类型
思考下，两台交换机都有不同的VLAN，然后交换机间通过线缆连接，那两个连接的接口划分什么VLAN才能使不同VLAN通信呢，配置接口为单个VLAN肯定不能实现全部VLAN互通是吧，因此在二层网络VLAN提供了三种不同的接口类型，以实现不同的功能与使用。
![VLAN接口类型](/media/202401/2024-01-06_144853_0725610.7791877987048889.png)

### 3.1 ACCESS接口
VLAN ID,数据帧中携带的VLAN号，PVID，端口的默认VLAN ID。默认为VLAN1。

ACCESS接口仅允许VLAN ID与接口PVID相同的数据帧通过。
![ACCESS接口](/media/202401/2024-01-06_144919_3725610.6598641616666145.png)

简单讲就是接口配置了VLAN后，数据帧进入端口会打上PVID，转发数据时，只会从相同PVID接口转发，就是不同VLAN不会转发和泛洪。

注意：数据帧在交换机内部都是带有VLAN Tag的，只有在发出时才会根据PVID进行剥离或者转发。

一般用于连接电脑、服务器等终端设备。

### 3.2 Trunk接口
对于Trunk接口，除了要配置PVID外，还必须配置允许通过的VLAN ID列表，其中VLAN 1是默认存在的。
![Trunk接口](/media/202401/2024-01-06_144945_1172890.15284082294839896.png)

Trunk口有一个允许通信的VLAN列表，只有在允许列表才允许通过。允许多个VLAN通过，只允许PVID的数据帧剥离为无tag数据。

Trunk接口特点：
- Trunk接口仅允许VLAN ID在允许通过列表中的数据帧通过。
- Trunk接口可以允许多个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）。

Trunk口一般用于交换机之间，Trunk接口还可以用于连接无线AP实现本地转发，以及通过一些特殊配置实现不同VLAN通信。

### 3.3 Hybrid接口
交换机Hybrid接口是一种特殊的端口模式，它结合了Access接口和Trunk接口的功能。这种接口模式允许多个VLAN的流量通过，并且可以指定哪些VLAN的数据帧被剥离标签。Hybrid接口的主要特点是它具有高隔离度的波分和复用功能，可以实现多个VLAN之间的灵活通信和访问控制。

Hybrid接口特点：
- Hybrid接口仅允许VLAN ID在允许通过列表中的数据帧通过。
- Hybrid接口可以允许多个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、某些VLAN的帧不带Tag。
- 与Trunk最主要的区别就是，能够支持多个VLAN的数据帧，不带标签通过。

![Hybrid接口](/media/202401/2024-01-06_145011_9545660.040136643947388584.png)

Hybrid接口结合了access和trunk接口的特点，但是好像我实践中用得比较少，一般如果是标准配置上述两个接口也已经足够了。

## 四、VLAN的最佳实践
![结论](/media/202401/2024-01-06_145042_3432270.5901224941318822.png)

![access与trunk接口](/media/202401/2024-01-06_145105_9237530.755524317042476.png)

![hybrid接口](/media/202401/2024-01-06_145128_1223820.5235317937888557.png)

现实情况下可以灵活使用几种接口实现需求。
配置：
```ssh
# 创建VLAN
[Huawei] vlan vlan-id

# 批量创建vlan
[Huawei] vlan batch { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] }

# 配置接口类型为ACCESS，必须创建和VLAN才能进行划分VLAN ID
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port link-type access

# 配置Access的默认VLAN
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port default vlan vlan-id

# 配置接口类型Trunk口
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port link-type trunk

# 配置trunk接口放行列表
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port trunk allow-pass vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }

# 配置trunk的默认VLAN
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port trunk pvid vlan vlan-id

# 配置接口类型Hybrid
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port link-type hybrid

# 配置接口untagged或者tagged的vlan
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port hybrid untagged vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port hybrid tagged vlan { { vlan-id1 [ to vlan-id2 ] } | all }

# 配置Hybrid接口的缺省VLAN
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] port hybrid pvid vlan vlan-id

# hybrid接口隐含配置
port link_type hybrid
port hybrid pvid vlan 1
port hybrif untagged vlan 1
```

总结：以太网通过VLAN实现隔离广播域，一般通过接口进行VLAN划分，现实中一般是一个VLAN对应一个子网网段。有三种接口类型，用得较多的是ACCESS用于连接终端，Trunk用于交换机之间互联，Hybrid可以灵活实现复杂的VLAN通信，使用没有那么多。