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实现VLAN的方法及步骤

【摘要】:IEEE 802.1Q 协议IEEE 802.1Q 协议是一套VLAN 协议,它定义了基于端口的VLAN 模型,提供一种标识带有VLAN 标签的以太网帧的方法,从而允许在局域网中实现定义、运行及管理VLAN 拓扑结构的操作。插入VLAN 标签得出的帧称为802.1Q 帧。图4.11802.1Q 帧的数据格式VLAN 标签插入在原以太网MAC 帧的源地址字段和类型字段之间。当网络中存在冗余的VLAN 中继线路时,就会因网络环路的问题而引起广播风暴,降低网络的可靠性。

当一个网桥交换机接收到来自某个计算机工作站的数据帧,它将给这个数据帧加上一个标签来标识这个数据帧来自哪个VLAN。而网桥或交换机给数据帧加标签的方法有很多种,例如,可以根据数据帧来自网络设备的端口,也可以根据数据帧的源地址或基于数据帧的多个字段组合等。为了能够使用任意一种方法给数据帧加标签,网桥必须有一个不断升级更新的数据库,即过滤数据库。这个数据库包含了本网络中全部VLAN 之间的映射以及它们使用哪个字段作为标签。例如,如果通过基于端口的方式来加标签,该数据库应该记录哪个端口属于哪个VLAN。网桥必须能够维护这样一个数据库,并且保证所有在这个LAN 中的网桥在它们的过滤数据库中包含有同样的信息。

(1)IEEE 802.1Q 协议

IEEE 802.1Q 协议是一套VLAN 协议,它定义了基于端口的VLAN 模型,提供一种标识带有VLAN 标签的以太网帧的方法,从而允许在局域网中实现定义、运行及管理VLAN 拓扑结构的操作。

IEEE 802.1Q 协议通过在传统以太网帧中增加4 个字节的VLAN 标签,来指明发送该帧的计算机属于哪一个VLAN。插入VLAN 标签得出的帧称为802.1Q 帧。802.1Q 帧的数据格式如图4.11所示。

图4.11 802.1Q 帧的数据格式

VLAN 标签插入在原以太网MAC 帧的源地址字段和类型字段之间。VLAN 标签的前两个字节总是设置为0x8100(十六进制),称为IEEE 802.1Q 标签类型。

当数据链路层检测到MAC 帧的源地址字段后面的两个字节值为0x8100 时,就知道现在插入了4 个字节的VLAN 标签,于是就接着检查后面两个字节的内容。在后面两个字节中,前3 位是用户优先级字段,接着的1 位是规范格式指示符CFI(Canonical Format Indicator),最后的12 位是VLAN 标识符VID(VLAN ID),它唯一地标志了这个以太网帧属于哪一个VLAN。

(2)ISL 协议

交换链路内(Inter-Switch Link,ISL)协议与802.1Q 协议的功能相同,只是所采用的帧格式不同。它是Cisco 公司的私有协议,主要用于维护交换机和路由器间的通信流量等VLAN信息。(www.chuimin.cn)

ISL 帧标签采用一种低延迟机制为单个物理路径上的多VLAN 流量提供复用技术,来实现交换机、路由器以及各结点之间的连接操作。为支持ISL 功能特征,每台连接设备都必须采用ISL 配置。ISL 所配置的路由器支持VLAN 内通信服务。非ISL 配置的设备,则用于接收由ISL 封装的以太帧,通常情况下,非ISL 配置的设备认为这些帧非法并丢弃。

(3)VTP 协议与STP 协议

VTP(VLAN Trunking Protocol)即VLAN 中继协议,也被称为虚拟局域网干道协议,是思科私有协议,主要用于管理在同一个域的网络范围内VLAN 的建立、删除和重命名。VTP 在系统级管理VLAN 的增加、删除、调整时,自动地将信息向网络中其他的交换机广播,从而保持VLAN 配置的统一性。

在同一个VTP 域内,VTP 通过中继端口在交换机之间传送VTP 信息,从而使一个VTP 域内的交换机能够共享VLAN 信息。同时,通过这种中继端口,也可以使属于不同VLAN 的数据帧继续进行传输来完成不同VLAN 间客户站点的数据通信。

VTP 协议定义交换机可以具有三种模式:服务端模式允许定义VLAN 信息,并将信息广播给客户端使用;客户端模式,只能接收并使用来自服务端的VLAN 设置信息;透明模式,接收并转发来自服务端的VLAN 设置信息,但自己不使用,是交换机的默认配置。

STP(Spanning Tree Protocol)即生成树协议。当网络中存在冗余的VLAN 中继线路时,就会因网络环路的问题而引起广播风暴,降低网络的可靠性。STP 是为克服冗余网络中透明桥接的问题而创建的,是一个既能够防止环路又能够提供冗余线路的第二层管理协议。

STP 在网络中定义了一棵树,使用生成树算法来求解没有环路的最佳路径,使一些备用路径处于阻塞状态,使得网络上的任何两个终端之间只有一条有效路径,从而避免了环路问题。如果生成树中的网络一部分不可达或STP 值变化了,生成树算法会重新计算生成树拓扑,并且通过启动备份路径来重新建立连接。

STP 是通过在交换机之间传递桥接协议数据单元来相互告知诸如交换机的桥ID、链路性质、根桥ID 等信息,以确定根桥、决定哪些端口处于转发状态、哪些端口处于阻断状态,以免引起网络环路。

在有冗余中继链路的网络下,STP 经常与VLAN 技术相结合,利用STP 端口权值和路径值来实现网络数据流的负载均衡,具体实现方法请参考其他资料。