交换机如何隔离广播域？（看这篇文章就够了）

     交换机可以隔离冲突域但是不能隔离广播域，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。在这种情况下出现了VLAN (虚拟局域网，Virtual Local Area Network)技术解决以上问题。

      如图是一个典型的交换网络，网络中只有终端计算机和交换机。在这样的网络中，如果某一台计算机发送了一个广播帧，由于交换机对广播帧执行泛洪操作，结果所有其他的计算机都会收到这个广播帧。

     

      在典型交换网络中，当某台主机发送一个广播帧或未知单播帧时，该数据帧会被泛洪，甚至传递到整个广播域，广播域越大，产生的网络安全问题、垃圾流量问题，就越严重。

      如上图：如果PC1向PC2发送了一个单播帧。此时SW1、SW3、SW7的MAC地址表中存在关于PC2的MAC地址表项，但SW2和SW5不存在关于PC2的MAC地址表项。那么，SW1和SW3将对该单播帧执行点对点的转发操作，SW7将对该单播帧执行丢弃操作，SW2和SW5将对该单播帧执行泛洪操作。最后的结果是，PC2虽然收到了该单播帧，但网络中的很多其他非目的主机，同样收到了不该接收的数据帧。显然，广播域越大，网络安全问题和垃圾流量问题就越严重。

      为了解决广播域带来的问题，人们引入了VLAN (Virtual Local Area Network)，即虚拟局域网技术：

通过在交换机上部署VLAN，可以将一个规模较大的广播域在逻辑上划分成若干个不同的、规模较小的广播域，由此可以有效地提升网络的安全性，同时减少垃圾流量，节约网络资源。

VLAN的特点：

      一个VLAN就是一个广播域，所以在同一个VLAN内部，计算机可以直接进行二层通信；而不同VLAN内的计算机，无法直接进行二层通信，只能进行三层通信来传递信息，即广播报文被限制在一个VLAN内。

VLAN的划分不受地域的限制。

VLAN的好处：

      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。

      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。

vlan可以减小广播域的大小，增加广播域的数量，今天我们就来看看VLAN的实现原理，如图所示：

      Switch1与Switch2同属一个企业，该企业统一规划了网络中的VLAN。其中VLAN10用于A部门，VLAN20用于B部门。A、B部门的员工在Switch1和Switch2上都有接入。

      PC1发出的数据经过Switch1和Switch2之间的链路到达了Switch2。如果不加处理，后者无法判断该数据所属的VLAN，也不知道应该将这个数据输出到本地哪个VLAN中。

     为了标识数据帧所属的VLAN就引入了VLAN标签 (VLAN Tag)，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。IEEE 802.1Q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。

     如图所示，SW1识别出某个帧是属于哪个VLAN后，会在这个帧的特定位置上添加一个标签。这个标签明确地标明了这个帧是属于哪个VLAN的。其他交换机（如SW2）收到这个带标签的数据帧后，就能轻而易举地直接根据标签信息识别出这个帧属于哪个VLAN。

      最后我们来看一看VLAN数据帧有哪些字段：

      在一个VLAN交换网络中，以太网帧主要有以下两种形式：

1. 有标记帧（Tagged帧）：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）的数据帧。
2. 无标记帧（Untagged帧）：原始的、未加入4字节VLAN标签的数据帧。

     VLAN数据帧中的主要字段：

1. TPID：2字节，Tag Protocol Identifier（标签协议标识符），表示数据帧类型。
2. 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。
3. 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。
4. PRI：3 bit，Priority，表示数据帧的优先级，用于QoS。
5. 取值范围为0～7，值越大优先级越高。当网络阻塞时，交换机优先发送优先级高的数据帧。
6. CFI：1 bit，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
7. 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。
8. 在以太网中，CFI的值为0。
9. VID：12 bit，VLAN ID，表示该数据帧所属VLAN的编号。
10. 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。
11. 交换机利用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。

如何识别带VLAN标签的数据帧：

数据帧的Length/Type = 0x8100。

注意：计算机无法识别Tagged数据帧，因此计算机处理和发出的都是Untagged数据帧；为了提高处理效率，交换机内部处理的数据帧一律都是Tagged帧。

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