VLAN-TAG超经典解释

VLAN技术要点主要有两点：

    1.支持VLAN的交换机的内部交换原理；

    2.设备之间(交换机之间，交换机与路由器之间，交换机与主机之间)交互时，VLAN TAG的添加和移除。

   802.1Q VLAN只定义了数据帧的封装格式，即，在以太网帧头中插入了4个字节的VLAN字段。其主要内容为VLAN TAG，紧随其后的数据类型和802.1p报文优先级的标识。

以太网帧格式

| DMAC(6bytes) | SMAC(6bytes) | Ether-Type(2bytes) | DATA |

带VLAN TAG的以太网帧格式

| DMAC(6bytes) | SMAC(6bytes) | Ether-Type(0x8100) | VLAN(4bytes) | DATA |

 VLAN TAG的格式

| PRI(3bits) | CFI(1bit) | TAG(12bits) | Ether-Type(2bytes) | DATA |

PRI：帧优先级，就是通常所说的802.1p。

CFI：规范标识位，0为规范格式，用于802.3或EthII。

TAG：就是我们通常说的VLAN ID

Ether-Type：标识紧随其后的数据类型。

PC：大部分的PC（专用的，或用于测试的除外）是工作在应用层的，缺省情况下是不支持(其实也不需要)VLAN TAG的。也就是说，PC发出的都是UNTAGED数据帧。

Router：路由器是支持VLAN TAG的。也就是说，路由器可以发出TAGED数据帧，也可以发出UNTAGED数据帧。需要说明的是，路由器是处理数据包的三层信息的，对于二层信息（包括VLAN信息），路由器只是检查其有效性，之后将其剥离。这个过程就是我们常说的‘终结’，也就是说，路由器会终结掉报文的VLAN信息的。

Switch：以太网交换机。VLAN技术就是主要针对于交换机提出的，所以，在讨论VLAN概念时都是立足于交换机来讨论。很显然，交换机既支持收发TAGED数据帧，也支持收发UNTAGED数据帧。从严格意义上讲，引入VLAN后，交换机的行为不再是‘透明传输’，因为数据帧经过交换机后可能发生了变化。

典型配置

交换机连接不同典型设备时的常用配置。

1). 连接PC

    在通常情况下，PC只支持收发UNTAG的数据帧，所以，连接PC的端口只需要加入一个VLAN，而且，在该VLAN中的属性为UNTAG。

2). 连接Router

    路由器既支持收发TAG数据帧，也支持收发UNTAG数据帧。通常情况下，不同的VLAN数据帧都能通过该端口与路由器互通。所以连接路由器的端口可以属于多个VLAN，而且，只能在一个VLAN中的属性是UNTAG的，在其他的VLAN中都是TAG的。

3). 连接Switch

    也就是交换机的级联。通常情况下是不同性能的交换机进行级联。这种情况和连接路由器的情况基本相同。

交换机对VLAN的tag处理

     所有能感知VLAN的交换机，报文在交换机内部转发过程中都是带Tag的。在交给交换芯片处理之前，或者交换芯片交给端口时会根据端口的设置添加或去掉Tag。

 如果没有进行配置，默认所有的端口都处于Access模式。一般来说，对端口来说与VLAN相关的有三个属性，PVID、Tag Vlan、Untag Vlan。PVID有且只有一个，Tag Vlan和Untag Vlan可能有一个，多个，也可以没有，但两个至少其中一个有一个。PVID的作用是：如果此端口收到一个Untag的报文，则交换机会根据PVID的值给此报文打上等于PVID的Tag，然后交给交换芯片处理；如果交换芯片要将一个报文从此端口发送，发现此报文的Tag值与PVID相同，则会将Tag去掉，然后从此端口发送出去。Tag Vlan和Untag Vlan主要是用于报文发送的处理，如果交换芯片要将报文从此端口发送，发现报文的Tag在此端口的Tag Vlan中，且不等于PVID，则此报文将以Tag的形式发送出去，如果在Untag Vlan中，则以Untag形式发出去。如果报文的Tag既不在Tag Vlan中，也不在Untag Vlan中，则只有一种可能，交换芯片出毛病了。这就是交换机处理Vlan Tag的基本原则了。可以如图所示，即Tag处理只在交换芯片的进、出时刻。

    这里做了简化，假设一个报文从Port1入，从Port2出，期间可能经过的环节如上所示的1－5。

报文的Tag处理主要在1、5

    环节1：如果报文的是Untag的，则报文被加上Port1的PVID的tag，然后送给2层转发引擎L2。如果报文的Tag不是Port1所属的VLAN，则报文丢弃。

环节5：如果报文此时的Tag等于Port2的PVID，则报文去Tag，变为Untag的，如果报文的Tag在端口的Untag列表里，报文去掉Tag，变为Untag。如果报文的Tag不是Port2的PVID，但在端口的Tag列表里，报文Tag不变。

     对于任意端口来说，只能是三种类型的一种：Access，Trunk，Multi。

如果是Access，端口只能属于特定VLAN，只能有一个Untag的VLAN，且其等于PVID，没有Tag的VLAN。因此Access端口只能接收Untag的报文或所属的VLAN，即等于PVID的VLAN。出去的报文都是Untag的。

    如果是Trunk端口，端口只能有一个Untag的VLAN，且其等于PVID，有多个Tag的VLAN。端口可以接收在所有允许的VLAN和Untag的报文，如果是Untag的报文，则在PVID所在的VLAN转发。报文发送时，按上述规则转发，即可能是Tag的，也可能是Untag的。

    Multi端口是一种特殊的端口，任何VLAN可能属于此端口的Untag的，也可以属于Tag的。PVID可能等于Tag VLAN中的一个，也可能属于Untag VLAN中的一个。因此这里就有矛盾的是，如果PVID是Tag VLAN中的一个，转发时仍按PVID来处理，也就是上述的规则，先进行报文的Tag与PVID的比较，只要相等就给Untag。

可以再简要分析几种转发情况。

    如果报文从Port1入，如果报文是Untag的，或者报文的Tag是Port1所属的VLAN，则报文是合法的。如果报文的MAC地址不等于端口的VLAN的MAC地址，则进行二层转发。如果L2引擎查找到目的MAC的表项，则按端口转发，否则在VLAN内广播。

    如果报文的MAC地址等于端口的VLAN的MAC地址，且此VLAN的三层接口是UP的，则会进行三层转发。报文通过环节3到三层转发引擎，如果三层转发引擎匹配到了目的IP，则硬件直接转发，从环节5出，此时Tag已经变成出接口VLAN的Tag，然后在按照端口转发原则进行转发。因此，三层报文如果从Trunk端口出，可能是Tag的，也可能是Untag的，如果是Untag的，那肯定是报文出接口的PVID所对应的VLAN。

     这里还有一个细节是交换机如何对协议报文的处理，最频繁的应该是ARP的请求报文，其余还有一些路由协议或其他协议报文。ARP报文的目的MAC是广播的，不等于VLAN的目的MAC，因此会将此报文在VLAN内广播，对所有VLAN来说，CPU也是其的一个端口。因此CPU是可以收到其他主机或网络设备对其IP的ARP请求，正确处理之后，其他主机或网络设备以后就可以使用此MAC进行三层通信了。

     引入VLAN概念后，数据帧只在相应的VLAN进行交换。用通俗一点的话来讲，一个交换机被虚拟出了多个逻辑交换机，每一个VLAN内的端口都是一个逻辑上的交换机。用专业一点的话来讲，一个交换机被划分了多个不同的广播域，每一个VLAN内的端口，在同一个广播域内。

    引入VLAN后的交换原理与传统的交换原理相比，并没有本质上的改变，同样遵循‘源MAC学习，目的MAC转发’的基本原则。唯一不同的是，学习和转发都只在同一个VLAN中进行，数据帧不能跨VLAN交换或转发。

    如果收到的数据帧携带了VLAN信息 （通常称为'TAGED数据帧'，前面已经介绍了带VLAN TAG的以太帧格式），该VLAN信息中的VLAN TAG就是交换该帧的VLAN。

    如果收到的数据帧没有携带VLAN信息（通常称为‘UNTAGED’数据帧），收到该帧的端口的PVID就是交换该帧的VLAN。

    根据上面的原则，也定义了PVID的概念。当端口收到一个UNTAGED数据帧时，无法确定在哪个VLAN中进行交换，PVID定义了在这种情形下交换该帧的VLAN。从某种意义上讲，可以把PVID理解为端口的default VLAN。在支持VLAN的交换机中，每个端口都有一个PVID值，该值有一个缺省值，当然你也可以更改它。

交换机收发数据帧的处理总结

    分几种情况讨论交换机的接收和发送处理：接收端口和发送端口在VLAN中属性；收到的数据帧是TAG的还是UNTAG的。

    1). 端口接收到数据帧

     a). 如果是TAG的数据帧，检查该接收端口是否在该VLAN(数据帧中所携带的VLAN TAG)中

    - 接收端口在该VLAN中，则在该VLAN中根据交换原理(即，'源MAC学习，目的MAC转发'的原理)交换该数据包

    - 接收端口不在该VLAN中，丢弃该数据帧

     b). 如果是UNTAG的数据帧，检查该接收端口是否在某个VLAN中的属性是UNTAG

    - 接收端口在某个VLAN中的属性是UNTAG的，则在该VLAN中根据交换原理交换该数据包

    - 接收端口在任何VLAN中的属性都不是UNTAG的，丢弃该数据包

    注：根据这个原理可知，一个端口最多在一个VLAN中的属性是UNTAG的，否则，收到一个UNTAG的数据帧之后，就无法确定在哪个VLAN中进行交换。其实，端口UNTAG所在的VLAN，

2). 端口发送数据帧

     a).检查该端口在该VLAN(就是交换该数据帧的VLAN)中的属性

   - 该端口在该VLAN种的属性是TAG的，发送的数据帧为TAG的数据帧

   - 该端口在该VLAN种的属性是UNTAG的，发送的数据帧为UNTAG的数据帧

    注：由于数据已经被交换到该端口，说明该端口肯定在该VLAN里。

好了，海翎光电的小编就介绍到这里吧。