VLAN 简介

发表于 2017-12-26 更新于 2021-03-02 阅读次数：

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简述

以太网是一种基于CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，载波侦听多路访问/冲突检测)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、性能显著下降甚至使网络不可用等问题。通过交换机实现LAN互联虽然可以解决冲突(Collision)严重的问题，但仍然不能隔离广播报文。在这种情况下出现了VLAN (Virtual Local Area Network，虚拟局域网)技术，这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LAN——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，广播报文被限制在一个VLAN内，如下图所示。

VLAN结构图

VLAN的划分不受物理位置的限制：不在同一物理位置范围的主机可以属于同一个VLAN；一个VLAN包含的用户可以连接在同一个交换机上，也可以跨越交换机，甚至可以跨越路由器。

VLAN的优点如下：

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。VLAN问的二层报文是相互隔离的，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信，如果不同VLAN要进行通信，则需通过路由器或三层交换机等三层设备。
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。

原理

传统以太网封装格式如下图。

传统封装格式

要使网络设备能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN的字段。由于VLAN是对二层网络进行限制，因此，识别字段需要添加到数据链路层封装中，如下图。

VLAN格式

VLAN Tag包含四个字段，分别是TPID(Tag Protocol Identifier，标签协议标识符)、Priority, CFI(Canonical Format Indicator，标准格式指示位)和VLAN ID。

TPID用来判断本数据帧是否带有VLAN Tag，长度为16bit，缺省取值为0x8100。
Priority表示报文的802.1P优先级，长度为3bit。
CFI字段标识MAC地址在不同的传输介质中是否以标准格式进行封装，长度为1 bit，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，缺省取值为0。
VLAN ID标识该报文所属VLAN的编号，长度为12bit，取值范围为0-4095。由于0和4095为协议保留取值，所以VLAN ID的取值范围为1-4094。

网络设备利用VLAN ID来识别报文所属的VLAN，根据报文是否携带VLAN Tag以及携带的VLAN Tag值，来对报文进行处理。

VLAN划分

Linux中配置VLAN的工具 ‘vconfig’是基于端口对VLAN进行划分。命令行如下（仅截取部分）：

vconfig

此命令只是简单支持，一次只能增加一个vlan 接口。看了下面对接口类型的介绍就会知道，对于trunk类型的接口配置很不利。

接口类型

类型	简述	Linux是否支持
Access	端口发出去的报文不带tag标签。一般用于和不能识别VLAN tag的终端设备相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。	原生代码不区分类型，都打Tag出去。
Trunk	端口发出去的报文，端口缺省VLAN内的报文不带tag，其它VLAN内的报文都必须带tag。	原生代码不区分类型，都打Tag出去。
Hybrid	端口发出去的报文可根据需要设置某些VLAN内的报文带tag，某些VLAN内的报文不带tag。	不支持。

Neutron 中 VLAN 支持

网络节点配置

修改文件 ‘/etc/neutron/plugins/ml2/ml2_conf.ini’

1 2	[ml2_type_vlan] network_vlan_ranges = vlannet:1000:2000

vlannet 是在计算节点定义的从物理接口映射来的虚拟网络。

1000:2000 是创建网络时可选择的vlan id范围。

计算节点配置

修改文件 ‘/etc/neutron/plugins/ml2/openvswitch_agent.ini ’

[ovs]
……
bridge_mappings =vlannet:br-vlan
……

Neutron网络中配置文件，bridge_mappings是将公共虚拟网络和公共物理网络接口对应起来。

之后在每个节点上重启有关服务即可。

验证

创建VLAN网络。
创建虚拟机。
查看openflow规则。
由br-int 流表可知，从 br-vlan 进入的流量，会去掉 1000的 vlan tag，打上1的tag。
由br-vlan流表可知，从br-int进入的流量，会去掉1的tag，打上1000 的 vlan tag出去。