什么是VLAN?为什么要划分VLAN？

VLAN(Virtual Local Area Network)即虚拟局域网，是将一个物理的LAN在逻辑上划分成多个广播域的通信技术。每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间可以直接通信，而VLAN间则不能直接互通。这样，广播报文就被限制在一个VLAN内。

一、为什么需要VLAN

早期以太网是一种基于CSMA/CD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、性能显著下降甚至造成网络不可用等问题。通过二层设备实现LAN互连虽然可以解决冲突严重的问题，但仍然不能隔离广播报文和提升网络质量。

在这种情况下出现了VLAN技术。这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的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，广播报文就被限制在一个VLAN内。

如下图：

VLAN具备的优点：

1、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。

2、增强局域网的安全性：不同VLAN内的报文在传输时相互隔离，即一个VLAN内的用户不能和其它VLAN内的用户直接通信。

3、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。

4、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 vs子网

通过将IP地址的网络部分进一步划分为若干个子网，可以解决IP地址空间利用率低和两级IP地址不够灵活的问题。

与VLAN相类似的是，子网也可以隔离主机间的通信。属于不同VLAN的主机之间不能直接通信，属于不同的子网的主机之间也不能直接通信。但二者没有必然的对应关系。

三、VLAN Tag和VLAN ID

要使交换机能够分辨不同VLAN的报文，需要在报文中添加标识VLAN信息的字段。IEEE802.1Q协议规定，在以太网数据帧中加入4个字节的VLAN标签(又称VLAN Tag，简称Tag)，用以标识VLAN信息。

IEEE802.1Q封装的VLAN数据帧格式数据帧中的VID字段标识了该数据帧所属的VLAN，数据帧只能在其所属VLAN内进行传输。VID字段代表VLAN ID，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。

交换机内部处理的数据帧都带有VLAN标签。而交换机连接的部分设备(如用户主机、服务器)只会收发不带VLAN tag的传统以太网数据帧。因此，要与这些设备交互，就需要交换机的接口能够识别传统以太网数据帧，并在收发时给帧添加、剥除VLAN标签。添加什么VLAN标签，由接口上的缺省VLAN(PortDefault VLANID，PVID)决定。

四、VLAN的接口类型和VLAN标签的处理机制

现网中属于同一个VLAN的用户可能会被连接在不同的交换机上，且跨越交换机的VLAN可能不止一个，如果需要用户间的互通，就需要交换机间的接口能够同时识别和发送多个VLAN的数据帧。根据接口连接对象以及对收发数据帧处理的不同，当前有VLAN的多种接口类型，以适应不同的连接和组网。不同厂商对VLAN接口类型的定义可能不同。对于华为设备来说，常见的VLAN接口类型有三种，包括：Access、Trunk和Hybrid。

五、Access接口

Access接口一般用于和不能识别Tag的用户终端(如用户主机、服务器)相连，或者不需要区分不同VLAN成员时使用。

在一个VLAN交换网络中，以太网数据帧主要有以下两种形式：

1、无标记帧(Untagged帧)：原始的、未加入4字节VLAN标签的帧。

2、有标记帧(Tagged帧)：加入了4字节VLAN标签的帧。

Access接口大部分情况只能收发Untagged帧，且只能为Untagged帧添加唯一VLAN的Tag。交换机内部只处理Tagged帧，所以Access接口需要给收到的数据帧添加VLANTag，也就必须配置缺省VLAN。配置缺省VLAN后，该Access接口也就加入了该VLAN。

当Access接口收到带有Tag的帧，并且帧中VID与PVID相同时，Access接口也能接收并处理该帧。在发送带有Tag的帧前，Access接口会剥离Tag。

六、Trunk接口

Trunk接口一般用于连接交换机、路由器、AP以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端。它可以允许多个VLAN的帧带Tag通过，但只允许属于缺省VLAN的帧从该类接口上发出时不带Tag(即剥除Tag)。

Trunk接口上的缺省VLAN，有的厂商也将它定义为native VLAN。当Trunk接口收到Untagged帧时，会为Untagged帧打上NativeVLAN对应的Tag。

七、Hybrid接口

Hybrid接口既可以用于连接不能识别Tag的用户终端(如用户主机、服务器)和网络设备(如Hub)，也可以用于连接交换机、路由器以及可同时收发Tagged帧和Untagged帧的语音终端、AP。它可以允许多个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(即不剥除Tag)、某些VLAN的帧不带Tag(即剥除Tag)。

Hybrid接口和Trunk接口在很多应用场景下可以通用，但在某些应用场景下，必须使用Hybrid接口。比如在灵活QinQ中，服务提供商网络的多个VLAN的报文在进入用户网络前，需要剥离外层VLAN Tag，此时Trunk接口不能实现该功能，因为Trunk接口只能使该接口缺省VLAN的报文不带VLAN Tag通过。