VLAN 的帧格式

IEEE 802.1Q标准对Ethernet帧格式进行了修改，在源MAC地址字段和协议类型字段之间加入4字节的802.1Q Tag，如图1所示。

图 1基于 802.1Q 的 VLAN 帧格式

802.1Q Tag包含4个字段，其含义如下：

l Type

长度为2字节，表示帧类型。取值为0x8100时表示802.1Q Tag帧。如果不支持802.1Q的设备收到这样的帧，会将其丢弃。

l PRI

Priority，长度为3比特，表示帧的优先级，值越大优先级越高。用于当交换机阻塞时，优先发送优先级高的数据帧。

l CFI

Canonical Format Indicator，长度为1比特，表示MAC地址是否是经典格式。 CFI为0说明是经典格式， CFI为1表示为非经典格式。用于区分以太网帧、 FDDI（ FiberDistributed Digital Interface）帧和令牌环网帧。在以太网中， CFI的值为0。

l VID

VLAN ID，长度为12比特，表示该帧所属的VLAN。 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。每台支持802.1q协议的交换机发送的数据包都会包含VLAN ID，以指明自己属于哪一个VLAN。因此，在一个VLAN交换网络中，以太网帧有以下两种形式：

– 有标记帧（ tagged frame）：加入了4字节802.1q Tag的帧

– 无标记帧（ untagged frame）：原始的、未加入4字节802.1q Tag的帧

链路类型

VLAN内的链路包括：

l 接入链路（ Access Link）：连接用户主机和交换机的链路为接入链路。通常情况下，主机并不需要知道自己属于哪个VLAN，主机硬件通常也不能识别带有VLAN标记的帧。因此，主机发送和接收的帧都是untagged帧。如图2所示，图中PC机和交换机之间的链路都是接入链路。

l 干道链路（ Trunk Link）：连接交换机和交换机的链路称为干道链路。干道链路可以承载多个不同VLAN数据，数据帧在干道链路传输时，干道链路的两端设备需要能够识别数据帧属于哪个VLAN，所以在干道链路上传输的帧都是Tagged帧。如图2所示，图中交换机之间的链路都是干道链路。干道链路上通过的帧一般为带Tag的VLAN帧。

图 2 链路类型示意图

端口类型

在802.1Q中定义VLAN帧后，设备的有些端口可以识别VLAN帧，有些端口则不能识别VLAN帧。根据对VLAN帧的识别情况，将端口分为4类：

l Access端口

如图2所示， Access端口是交换机上用来连接用户主机的端口，它只能连接接入链路。有如下特点：

– 仅仅允许唯一的VLAN ID通过本端口，这个VLAN ID与端口的PVID（ PortDefault VLAN ID，端口缺省的VLAN ID）相同。

– 如果该端口收到的对端设备发送的帧是untagged（不带VLAN标签），交换机将强制加上该端口的PVID。

– Access端口发往对端设备的以太网帧永远是不带标签的帧。

l Trunk端口

如图2所示， Trunk端口是交换机上用来和其他交换机连接的端口，它只能连接干道链路。有如下特点：

– Trunk端口允许多个VLAN的帧（带Tag标记）通过。

– 如果从Trunk端口发送的帧带Tag，且在允许通过的VLAN ID列表里时，则交换机对该帧不做任何动作，直接发送带Tag的帧。

– 如果从Trunk端口发送的帧带Tag，但是不在允许通过的VLAN ID列表里时，则交换机对该帧直接丢弃。

l Hybrid端口

如图3所示， Hybrid端口是交换机上既可以连接用户主机，又可以连接其他交换机的端口。 Hybrid端口既可以连接接入链路又可以连接干道链路。 Hybrid端口允许多个VLAN的帧通过，并可以在出端口方向将某些VLAN帧的Tag剥掉。

图 3 端口示意图

l QinQ端口

QinQ（ 802.1Q-in-802.1Q）端口是使用QinQ协议的端口。 QinQ端口可以给帧加上双重Tag，即在原来Tag的基础上，给帧加上一个新的Tag，从而满足网络对VLAN数量的需求。QinQ帧的格式如图4所示。外层的标签通常被称作公网Tag，用来存放公网的VLAN ID。内层标签通常被称作私网Tag，用来存放私网的VLAN ID。

图 4 QinQ 帧格式

VLAN 的划分

VLAN基于端口进行划分。原理是：根据交换设备的端口编号来划分VLAN。网络管理员给交换机的每个端口配置不同的PVID（ Port Default VLAN ID，端口缺省的VLANID），即一个端口缺省属于的VLAN。当一个数据帧进入交换机端口时，如果没有带VLAN标签，且该端口上配置了PVID，那么，该数据帧就会被打上端口的PVID。如果进入的帧已经带有VLAN标签，那么交换机不会再增加VLAN标签，即使端口已经配置了PVID。对VLAN帧的处理由端口类型决定。