ieee802.1q

 intel 82573 Vlan网卡　　IEEE802.1Q是虚拟桥接局域网的正式标准，定义了同一个物理链路上承载多个子网的数据流的方法。IEEE 802.1Q定义了VLAN帧格式，为识别帧属于哪个VLAN提供了一个标准的方法。这个格式统一了标识VLAN的方法，有利于保证不同厂家设备配置的VLAN可以互通。　　IEEE 802.1Q定义了以下内容：　　VLAN的架构；　　VLAN中所提供的服务；　　VLAN实施中涉及的协议和算法　　IEEE802.1Q协议不仅规定VLAN中的MAC帧的格式，而且还制定诸如帧发送及校验、回路检测，对业务质量(QOS)参数的支持以及对网管系统的支持等方面的标准。

1 协议概述

IEEE802.1Q是虚拟桥接局域网的正式标准，定义了同一个物理链路上承载多个子网的数据流的方法。IEEE 802.1Q定义了VLAN帧格式，为识别帧属于哪个VLAN提供了一个标准的方法。这个格式统一了标识VLAN的方法，有利于保证不同厂家设备配置的VLAN可以互通。

IEEE 802.1Q定义了以下内容：

VLAN的架构；

VLAN中所提供的服务；

VLAN实施中涉及的协议和算法

IEEE802.1Q协议不仅规定VLAN中的MAC帧的格式，而且还制定诸如帧发送及校验、回路检测，对业务质量(QOS)参数的支持以及对网管系统的支持等方面的标准。

2 VLAN帧格式

这四个字节的802.1Q标签头包含了2个字节的标签协议标识（TPID）和2个字节的标签控制信息（TCI）。TPID（Tag Protocol Identifier）是IEEE定义的新的类型，表明这是一个加了802.1Q标签的帧。TPID包含了一个固定的值0x8100。

TCI是包含的是帧的控制信息，它包含了下面的一些元素：

Priority：这3 位指明帧的优先级。一共有8种优先级，0－7。IEEE 802.1Q标准使用这三位信息。

Canonical Format Indicator( CFI )：CFI值为0说明是规范格式，1为非规范格式。它被用在令牌环/源路由FDDI介质访问方法中来指示封装帧中所带地址的比特次序信息。

VLAN Identified( VLAN ID ): 这是一个12位的域，指明VLAN的ID，一共4096个，每个支持802.1Q协议的交换机发送出来的数据包都会包含这个域，以指明自己属于哪一个VLAN。

在一个交换网络环境中，以太网的帧有两种格式：有些帧是没有加上这四个字节标志的，称为未标记的帧（ungtagged frame），有些帧加上了这四个字节的标志，称为带有标记的帧（tagged frame）。

3 VLAN链路

VLAN链路的类型

接入链路指的是用于连接主机和交换机的链路。通常情况下主机并不需要知道自己属于哪些VLAN，主机的硬件也不一定支持带有VLAN标记的帧。主机要求发送和接收的帧都是没有打上标记的帧。

接入链路属于某一个特定的端口，这个端口属于一个并且只能是一个VLAN。这个端口不能直接接收其它VLAN的信息，也不能直接向其它VLAN发送信息。不同VLAN的信息必须通过三层路由处理才能转发到这个端口上。

干道链路是可以承载多个不同VLAN数据的链路。干道链路通常用于交换机间的互连，或者用于交换机和路由器之间的连接。干道链路的英文叫做“trunk link”。

数据帧在干道链路上传输的时候，交换机必须用一种方法来识别数据帧是属于哪个VLAN的。IEEE 802.1Q定义了VLAN帧格式，所有在干道链路上传输的帧都是打上标记的帧（tagged frame）。通过这些标记，交换机就可以确定哪些帧分别属于哪个VLAN。和接入链路不同，干道链路是用来在不同的设备之间（如交换机和路由器之间、交换机和交换机之间）承载VLAN数据的，因此干道链路是不属于任何一个具体的VLAN的。通过配置，干道链路可以承载所有的VLAN数据，也可以配置为只能传输指定的VLAN的数据。 干道链路虽然不属于任何一个具体的VLAN，但是可以给干道链路配置一个pvid（port VLAN ID）。当干道链路不论因为什么原因，trunk链路上出现了没有带标记的帧，交换机就给这个帧增加带有pvid的VLAN标记，然后进行处理。

VLAN帧在网络中的通信

图中表示一个局域网环境，网络中有两台交换机，并且配置了两个VLAN。主机和交换机之间的链路是接入链路，交换机之间通过干道链路互相连接。

对于主机来说，它是不需要知道VLAN的存在的。主机发出的报文都是untagged的报文；交换机接收到这样的报文之后，根据配置规则（如端口信息）判断出报文所属VLAN进行处理。如果报文需要通过另外一台交换机发送，则该报文必须通过干道链路传输到另外一台交换机上。为了保证其它交换机正确处理报文的VLAN信息，在干道链路上发送的报文都带上了VLAN标记。

当交换机最终确定报文发送端口后，将报文发送给主机之前，将VLAN的标记从以太网帧中删除，这样主机接收到的报文都是不带VLAN的标记的以太网帧。

所以，一般情况下，干道链路上传送的都是Tagged Frame，接入链路上传送的都是Untagged Frame。这样做的最终结果是：网络中配置的VLAN可以被所有的交换机正确处理，而主机不需要了解VLAN信息。

Trunk和VLAN

无论一个网络由多少个交换机构成，也无论一个VLAN跨越了多少个交换机，按照VLAN的定义，一个VLAN就确定了一个广播域。广播报文能够被在一个广播域中的所有主机接收到，也就是说，广播报文必须被发送到一个VLAN中的所有端口。因为VLAN可能跨越多个交换机，当一个交换机从某VLAN的一个端口收到广播报文之后，为了保证同属一个VLAN的所有主机都接收到这个广播报文，交换机必须按照如下原则将报文进行转发：

1、发送给本交换机中同一个VLAN中的其它端口；

2、将这个报文发送给本交换机的包含这个VLAN的所有干道链路，以便让其它交换机上的同一个VLAN的端口也发送该报文。

将一个端口设置为Trunk端口，也就是说，和这个端口相连的链路被设置为Trunk链路，同时还可以配置哪些VLAN的报文可以通过这个干道链路。配置允许通过的VLAN，需要根据网络的配置情况进行考虑，而不应该让干道链路传输所有的VLAN：因为某一VLAN的所有广播报文必须被发送到这个VLAN的每一个端口，如果让干道链路传输所有的VLAN，这些广播报文将被干道链路传送到所有的其它交换机上。如果在干道链路的另外一端没有这个VLAN的成员端口，那么带宽和处理时间就会被白白浪费。

对于多数用户来说，手工配置太麻烦了。一个规模比较大的网络可能包含多个VLAN，而且网络的配置也会随时发生变化，导致根据网络的拓扑结构逐个交换机配置Trunk端口过于复杂。这个问题可以由GVRP协议来解决：GVRP协议根据网络情况动态配置干道链路。