图文并茂讲VLAN，让你看一遍就理解VLAN (1)

图中，是一个由5台二层交换机(交换机1～5)连接了大量客户机构成的网络。假设这时，计算机A需要与计算机B通信。在基于以太网的通信中，必须在数据帧中指定目标MAC地址才能正常通信，因此计算机A必须先广播“ARP请求(ARP Request)信息”，来尝试获取计算机B的MAC地址。
我们分析下，这个计算A的ARP请求原本是为了获得计算机B的MAC地址而发出的。也就是说：只要计算机B能收到就万事大吉了。可是事实上，数据帧却传遍整个网络，导致所有的计算机都收到了它。如此一来，一方面广播信息消耗了网络整体的带宽，另一方面，收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理。造成了网络带宽和CPU运算能力的大量无谓消耗，可能会造成网络瘫痪。
字段解释：

一、为什么需要VLAN

1、什么是VLAN?

VLAN(Virtual LAN)，翻译成中文是“虚拟局域网”。LAN可以是由少数几台家用计算机构成的网络，也可以是数以百计的计算机构成的企业网络。VLAN所指的LAN特指使用路由器分割的网络——也就是广播域。

简单来说，同一个VLAN中的用户间通信就和在一个局域网内一样，同一个VLAN中的广播只有VLAN中的 成员才能听到，而不会传输到其他的VLAN中去，从而控制不必要的广播风暴的产生。同时， 若没有路由，不同VLAN之间不能相互通信，从而提高了不同工作组之间的信息安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理网络内部不同工作组之间的信息互访。

2、未分割VLAN时将会发生什么?

那么，为什么需要分割VLAN(广播域)呢?那是因为，如果仅有一个广播域，有可能会影响到网络整体的传输性能。具体原因，请参看附图加深理解。

交换机1收到广播帧(ARP请求)后，会将它转发给除接收端口外的其他所有端口，也就是泛滥了。接着，交换机2收到广播帧后也会泛滥。交换机3、4、5也还会泛滥。最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有客户机上，这也就是网络风暴。

3、VLAN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。

二、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

长度

含义

取值

TPID

2Byte

Tag Protocol Identifier（标签协议标识符），表示数据帧类型。

表示帧类型，取值为0x8100时表示IEEE 802.1Q的VLAN数据帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃。 各设备厂商可以自定义该字段的值。当邻居设备将TPID值配置为非0x8100时， 为了能够识别这样的报文，实现互通，必须在本设备上修改TPID值，确保和邻居设备的TPID值配置一致。

PRI

3bit

Priority，表示数据帧的802.1Q优先级。

取值范围为0～7，值越大优先级越高。当网络阻塞时，设备优先发送优先级高的数据帧。

CFI

1bit

Canonical Format Indicator（标准格式指示位），表示MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，用于兼容以太网和令牌环网。

CFI取值为0表示MAC地址以标准格式进行封装，为1表示以非标准格式封装。在以太网中，CFI的值为0。

VID

12bit

VLAN ID，表示该数据帧所属VLAN的编号。 VLAN ID取值范围是0～4095。

由于0和4095为协议保留取值，所以VLAN ID的有效取值范围是1～4094。

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。