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hhs bbea71f62b vault backup: 2026-05-17 22:27:07

2026-05-17 22:27:07 +08:00

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tags, create time

VLAN 与 Trunk

概述

VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）允许在一台物理交换机上创建多个逻辑隔离的广播域。它是现代数据中心和办公网络的基本组织单元。

[!QUESTION] 为什么需要 VLAN？一台万兆交换机的 MAC 表通常限制在几万条以内，加上广播泛洪带来的开销，单广播域超过 2000 台主机会显著降低性能。VLAN 将大网络划分为多个小广播域，就像在一栋大楼里用防火墙隔出多个独立办公室——同一楼层但互不干扰。

IEEE 802.1Q Tag 结构

不带 VLAN 的 Ethernet II 帧

┌──────────┬──────────┬──────┬─────────────┬──────┐
│ Dest MAC │ Src MAC  │Type  │   Payload    │ FCS  │
│  6 bytes │  6 bytes │ 2B   │  46-1500 B   │ 4 B  │
│          │          │0x0800│              │      │
└──────────┴──────────┴──────┴─────────────┴──────┘
           ←── 14 ──→       ←──MTU──→     ←── 4 ──→
           Header                    Payload   Tail

带 802.1Q Tag 的帧

┌──────────┬──────────┬──────┬───┬──────┬─────────────┬──────┐
│ Dest MAC │ Src MAC  │Type  │TPID │ TCI  │   Payload    │ FCS  │
│  6 bytes │  6 bytes │ 2B   │2B   │ 2B   │ 46-1500 B   │ 4 B  │
│          │          │0x0800│8100 │ VID  │              │      │
└──────────┴──────────┴──────┴───┴──────┴─────────────┴──────┘
           ←── 14 ──→ │←──4──→│ ←──MTU──→    ←── 4 ──→
                      ↑  新增 4-byte Tag

TCI (Tag Control Information) 位图

Bit 15  Bit 13-12         Bit 11-0
────────────────────────────────────
CFI    |  PCP (优先级)     |  VID (VLAN ID)
(1bit) |   (3 bits)       |  (12 bits)

字段	大小	取值范围	说明
CFI	1 bit	0 或 1	Canonical Format Indicator，传统以太网固定为 0
PCP	3 bit	0–7	Priority Code Point，QoS 优先级（见下表）
VID	12 bit	0–4095	VLAN Identifier，实际可用 1–4094

PCP 优先级对照

PCP	用途	典型场景
0	Best Effort	普通数据流量
1	Background	后台低优先级的备份任务
2–3	Excellent Effort	文件传输等中等业务
4	Critical Applications	视频流会议
5	Voice	语音通话 VoIP（最高优先）
6	Network Control	网络管理协议
7	Reserved	保留

VLAN 端口类型

端口类型	Access	Trunk	Hybrid（Huawei/H3C）
允许 VLAN	1 个（PVID）	多个	多个（可配置）
入栈标签	接收不带标签 → 打上 PVID	所有到达的帧保持标签	根据配置决定
出栈标签	发送时剥离标签	发送时保留标签（除 PVID）	按每 VLAN 配置
使用场景	接 PC/打印机/AP	交换机互联、接路由器	灵活混合

Access 端口示例

flowchart LR
    PC["PC (无标签帧)"] -->|"发裸帧"| A["Access Port<br/>PVID = 10"]
    A -->|"打上 Tag 10"| S["Switch 内部 VLAN 10 域"]
    S -->|"移除 Tag"| B["Access Port<br/>PVID = 10"]
    B -->|"发裸帧"| GW["网关 Router"]
    
    style A fill:#DDA0DD,color:#000
    style B fill:#DDA0DD,color:#000

Access 端口对主机透明——主机看到的仍是普通以太网帧，完全不知道 VLAN 的存在。

Trunk 端口示例

flowchart LR
    SW1["Switch A"] -->|"Trunk<br/>携带多个 VID"| SW2["Switch B"]
    
    Note over SW1,SW2: VLAN 10 流量: EtherType=0x8100, VID=10<br/>VLAN 20 流量: EtherType=0x8100, VID=20
    
    style SW1 fill:#98FB98,color:#000
    style SW2 fill:#98FB98,color:#000

Router-on-a-Stick（单臂路由）

当路由器只有一个物理接口时，可以通过子接口 + VLAN 实现多个 VLAN 间路由：

        VLAN 10              VLAN 20
    ┌──────────┐        ┌──────────┐
    │ 192.168.10.x /24 │    │ 192.168.20.x /24 │
    └──────┬───┘        └──────┬───┘
           │                   │
         Access              Access
           │                   │
    ┌──────┴───────────────────┴───┐
    │            Switch             │
    │   Trunk Port (eth0.10 & .20) │
    └──────┬───────────────────┬───┘
           │ 子接口 eth0.10    │ 子接口 eth0.20
           ▼                   ▼
    ┌─────────────────┐  ┌─────────────────┐
    │ Router            │  │ Router            │
    │ eth0.10: 192.168.10.1/24 │  │ eth0.20: 192.168.20.1/24 │
    └─────────────────┘  └─────────────────┘

[!warning] 单臂路由的性能瓶颈所有 VLAN 间的流量都经过同一个物理接口进出（先入后出），相当于双倍带宽占用。对于万兆环境，建议使用三层交换机做硬件 VLAN 间路由。

配置示例

Linux Bridge 上的 VLAN

# 创建 vlan interface
ip link add link eth0 name eth0.10 type vlan id 10
ip link add link eth0 name eth0.20 type vlan id 20

# 设置 IP 并启用
ip addr add 192.168.10.1/24 dev eth0.10
ip addr add 192.168.20.1/24 dev eth0.20
ip link set eth0.10 up
ip link set eth0.20 up

# 查看
$ ip -d link show type vlan
4: eth0.10@eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 ...
    link/ether aa:bb:cc:dd:ee:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff promiscuity 0
    vlan protocol 802.1Q id 10 reassemble 0

Docker 中利用 VLAN

# docker-compose.yml
services:
  web:
    networks:
      frontend:     # VLAN 10
        ipv4_address: 192.168.10.10
      backend:     # VLAN 20
        ipv4_address: 192.168.20.10

networks:
  frontend:
    driver: bridge
    ipam:
      config:
        - subnet: 192.168.10.0/24
  backend:
    driver: bridge
    ipam:
      config:
        - subnet: 192.168.20.0/24

VLAN 边界与跨 Switch

sequenceDiagram
    participant SW1 as Switch-A
    participant Link as 交换机间链路
    participant SW2 as Switch-B
    
    SW1->>Link: Frame {EtherType:0x8100, VID:10}
    Note over Link: Trunk 链路保持 802.1Q Tag
    SW2->>SW2: 收到 → 识别 VID=10 → 在 VLAN 10 内转发
    SW2->>SW2: 查 MAC 表 → 仅从同 VLAN 端口发出

核心要点： VLAN 信息随 802.1Q Tag 穿过 Trunk 链路传递到下一台交换机。每台交换机根据自己的 VLAN 数据库独立处理。

最佳实践

项目	建议
VLAN ID 分配	管理 VLAN=1（不建议，安全风险），业务 VLAN ≥ 10
Native VLAN	修改默认 native VLAN（避免用 1），防 VLAN Hopping
VLAN 数量	单台交换机支持最大 4094 个 VLAN
Inter-VLAN 路由	>10 个 VLAN 用三层交换机而非单臂路由
安全	未使用的端口划入"黑洞 VLAN"（无 IP 段），关闭 DTP 自动协商

关联笔记

hhs/NETWORK/Ethernet帧结构 — 802.1Q Tag 插入在 Ethertype 位置之前
hhs/NETWORK/Switch与路由器 — Switch 如何基于 VLAN 隔离广播域
hhs/NETWORK/MAC地址与广播域 — VLAN 缩小了广播域的规模

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