考研笔记

VLAN 基本概念与基本原理

交换机能隔离冲突域，但一台交换机连起来的所有主机仍在同一个广播域里（见 3.8.2）。VLAN 解决的正是广播域太大的问题：在不改动物理连线的前提下，用交换机的配置把一个广播域切成几个。

考点集中在两处：802.1Q 帧里那 4 字节的标签，以及”标签只在干线链路上出现”（2024 年考过 VLAN 的特点）。

机制

一个广播域太大会怎样

一个以太网是一个广播域。当一个以太网中的计算机太多时，往往会导致两个问题：以太网中出现大量的广播帧，特别是经常使用的 ARP 和 DHCP（第 4 章）；一个单位的不同部门共享一个局域网，对信息保密和安全不利。

广播帧的问题在于交换机对它无能为力——交换机收到目的地址为全 1 的帧，只能从所有其他接口转发出去。网络越大，每台主机收到的与自己无关的广播就越多。

VLAN：逻辑上的小广播域

通过虚拟局域网（Virtual LAN，VLAN），可将一个较大的局域网分割成一些较小的、与地理位置无关的逻辑上的 VLAN，而每个 VLAN 是一个较小的广播域。属于同一个 VLAN 的计算机之间可以直接通信，不同 VLAN 的计算机之间不能直接通信。

划分 VLAN 有三种方式，差别在于”主机挪了位置之后还算不算原来的 VLAN”：

划分依据做法主机移动后
基于接口把交换机的若干接口划为一个逻辑组离开原接口可能进入新的子网；最简单、最有效
基于 MAC 地址按 MAC 地址把一些主机划为一个逻辑子网从一个交换机移到另一个交换机，仍属原子网
基于 IP 地址根据网络层地址或协议划分可以跨越路由器扩展，把多个局域网的主机组成一个 VLAN

802.1Q 帧：插进去的 4 字节

交换机要在转发时知道一个帧属于哪个 VLAN，就得在帧里做记号。802.3ac 标准定义了支持 VLAN 的以太网帧格式扩展：在以太网帧中插入一个 4 字节的标识符，位置在源地址字段和类型字段之间，称为 VLAN 标签；插入了 VLAN 标签的帧称为 802.1Q 帧。

目的地址源地址VLAN 标签类型数据FCS
6B6B4B2B42～1500B4B

VLAN 标签的前两个字节总是置为 0x8100，表示这是一个 802.1Q 帧；后两个字节中，前 4 位这里不讨论，后 12 位是该 VLAN 的标识符 VID，它唯一地标识这个 802.1Q 帧属于哪个 VLAN。12 位的 VID 可识别 4096 个不同的 VLAN。插入 VLAN 标签后，802.1Q 帧最后的 FCS 必须重新计算。

首部多了 4 字节，于是两个数字各自变化：数据字段的最小长度从 46 字节变为 42 字节（最短帧长 64 字节不变），最大帧长从 1518 字节变为 1522 字节（数据字段最大长度 1500 不变）。

标签在哪里加、在哪里删

VID 由交换机管理员设定。各主机并不知道自己的 VID 值（但交换机必须知道），主机与交换机之间交互的都是标准以太网帧。一个 VLAN 的范围可以跨越不同的交换机，前提是所用的交换机都能识别和处理 VLAN。连接两个交换机接口之间的链路称为汇聚链路或干线链路。

flowchart LR
    subgraph S1["交换机 1"]
        A["A<br/>VLAN-10"]
        C["C<br/>VLAN-20"]
    end
    subgraph S2["交换机 2"]
        E["E<br/>VLAN-10"]
    end
    A -- "标准以太网帧" --> S1
    S1 == "干线链路：插入标签的 802.1Q 帧" ==> S2
    S2 -- "删除标签后的标准以太网帧" --> E
    A -. "不同 VLAN：须经路由器<br/>或交换机内的三层转发" .-> C
    classDef v10 fill:#dbeafe,stroke:#2563eb
    classDef v20 fill:#fdebd0,stroke:#e67e22
    class A,E v10
    class C v20
    linkStyle 3 stroke:#dc2626,stroke-dasharray:5 5

分三种情况看交换机 1 收到 A 发出的帧后怎么做：

A 向同一交换机、同一 VLAN 的 B 发送。 交换机 1 根据目的 MAC 地址识别出 B 属于本交换机管理的 VLAN-10，就像在普通以太网中那样直接转发，不需要 802.1Q 帧。

A 向另一台交换机上、同属 VLAN-10 的 E 发送。 交换机 1 必须把帧转发给交换机 2，但转发前要插入 VLAN 标签，否则交换机 2 不知道应把帧转发给哪个 VLAN。因此在干线链路上传送的是 802.1Q 帧。交换机 2 向 E 转发之前删除已插入的标签，E 收到的是 A 发送的标准以太网帧。

A 向同一交换机、但属于 VLAN-20 的 C 发送。 虽然 A 和 C 连在同一台交换机上，但它们已处在不同的网络中，需要通过上层的路由器解决，或在交换机中嵌入专用芯片，在交换机中实现第 3 层的转发功能。

教材最后一句值得单独记住：虚拟局域网只是局域网为用户提供的一种服务，并不是一种新型局域网。

边界

VLAN 同时隔离冲突域和广播域；交换机本身只隔离冲突域。 这两句经常被放进同一道题里互相干扰。交换机的每个接口是一个冲突域，但整台交换机仍是一个广播域；VLAN 把广播域按逻辑切开，每个 VLAN 一个广播域。3.8 那道错题的 D 选项”VLAN 可以隔离冲突域，但不能隔离广播域”正是在这里设的坑，见 3.8.2 边界。

802.1Q 帧只出现在干线链路上。 主机收发的都是标准以太网帧，主机不知道自己的 VID；同一交换机下同一 VLAN 的两台主机通信时，也不使用 802.1Q 帧（王道 3.6.6 第 19 题）。

是否同一 VLAN，与是否连在同一台交换机无关。 同一 VLAN 的主机无论是否连接到同一台交换机都能互相通信；不同 VLAN 的主机即使连接在同一台交换机上，也不能直接在数据链路层通信（王道 3.6.6 第 20 题）。跨 VLAN 通信必须通过上层的路由器，因为不同 VLAN 处于不同的广播域（第 21 题）。

“插入 4 字节”改变了两个数、没改变两个数。 变的是数据下限（46 → 42）和最大帧长（1518 → 1522）；不变的是最短帧长 64 字节和数据上限 1500 字节。

错题复盘：链路聚合是交换机之间的带宽技术，不是 VLAN 的优点

王道 3.6.5 第 23 题：（　）不是虚拟局域网的优点（A. 有效共享网络资源　B. 简化网络管理　C. 链路聚合　D. 提高网络安全性）。答案 C。

带”虚拟”两个字的技术基本都有”有效共享资源”这一优点；VLAN 把一个大局域网分成与地理位置无关的逻辑小局域网，因此简化了网络管理，提高了信息的保密性和网络的安全性。链路聚合是解决交换机之间带宽瓶颈的技术，把多条物理链路捆成一条逻辑链路，与 VLAN 无关。

选项里出现”链路""干线”之类与交换机互连相关的词时，要分清它们属于哪种技术：干线链路是 VLAN 跨交换机时承载 802.1Q 帧的那条链路，链路聚合是另一回事。

口径差异：VID 能用几个，标签控制信息的前 4 位是什么

教材口径：12 位 VID 可识别 4096 个 VLAN；标签控制信息的前 4 位”实际上并没有什么作用”。

标准口径：VID 值 0 和 4095 保留，实际可用 4094 个；前 4 位是 3 位优先级（802.1p，用于服务质量）和 1 位 DEI。交换机配置里常见的 access 端口、trunk 端口，分别对应教材的”接入链路”和”干线链路”。

考试问”可识别多少个 VLAN”时答 4096。

对照速查

数字含义
4BVLAN 标签，插在源地址与类型之间
0x8100标签前 2 字节，标识 802.1Q 帧
12 位VID，可识别 4096 个 VLAN
42B802.1Q 帧数据字段最小长度（原 46B）
1522B802.1Q 帧最大帧长（原 1518B）
说法对错
每个 VLAN 是一个广播域✅
主机需要知道自己所属的 VID❌
同一交换机下同一 VLAN 的主机通信使用 802.1Q 帧❌
同一交换机上不同 VLAN 的主机可在链路层直接通信❌
基于 IP 地址划分的 VLAN 可以跨越路由器扩展✅
VLAN 是一种新型局域网❌（是局域网提供的一种服务）
插入 VLAN 标签后 FCS 不必重算❌

考点

  • VLAN = 与地理位置无关的逻辑小广播域；同 VLAN 直接通信，跨 VLAN 需路由器或三层交换
  • 三种划分：接口（最简单）、MAC 地址（换交换机仍属原 VLAN）、IP 地址（可跨路由器）
  • 802.1Q：4 字节标签插在源地址与类型之间，前 2 字节 0x8100，12 位 VID，FCS 重算
  • 数据下限 42B，最大帧长 1522B
  • 干线链路上传 802.1Q 帧，主机收发标准以太网帧（2024）

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