Init
This commit is contained in:
@@ -0,0 +1,208 @@
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tags: [计算机网络, VLAN, 802.1Q, Trunk, Access端口]
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create time: 2026-05-17 23:30
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# VLAN 与 Trunk
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## 概述
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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。
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> [!QUESTION] 为什么需要 VLAN？
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> 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。
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## IEEE 802.1Q Tag 结构
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### 不带 VLAN 的 Ethernet II 帧
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```
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┌──────────┬──────────┬──────┬─────────────┬──────┐
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│ Dest MAC │ Src MAC │Type │ Payload │ FCS │
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│ 6 bytes │ 6 bytes │ 2B │ 46-1500 B │ 4 B │
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│ │ │0x0800│ │ │
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└──────────┴──────────┴──────┴─────────────┴──────┘
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←── 14 ──→ ←──MTU──→ ←── 4 ──→
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Header Payload Tail
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```
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### 带 802.1Q Tag 的帧
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```
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┌──────────┬──────────┬──────┬───┬──────┬─────────────┬──────┐
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│ Dest MAC │ Src MAC │Type │TPID │ TCI │ Payload │ FCS │
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│ 6 bytes │ 6 bytes │ 2B │2B │ 2B │ 46-1500 B │ 4 B │
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│ │ │0x0800│8100 │ VID │ │ │
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└──────────┴──────────┴──────┴───┴──────┴─────────────┴──────┘
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←── 14 ──→ │←──4──→│ ←──MTU──→ ←── 4 ──→
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↑ 新增 4-byte Tag
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```
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### TCI (Tag Control Information) 位图
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```
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Bit 15 Bit 13-12 Bit 11-0
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────────────────────────────────────
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CFI | PCP (优先级) | VID (VLAN ID)
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(1bit) | (3 bits) | (12 bits)
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```
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| 字段 | 大小 | 取值范围 | 说明 |
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|------|------|---------|------|
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| CFI | 1 bit | 0 或 1 | Canonical Format Indicator，传统以太网固定为 0 |
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| PCP | 3 bit | 0–7 | Priority Code Point，QoS 优先级（见下表） |
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| VID | 12 bit | 0–4095 | VLAN Identifier，**实际可用 1–4094** |
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### PCP 优先级对照
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| PCP | 用途 | 典型场景 |
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|-----|------|---------|
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| 0 | Best Effort | 普通数据流量 |
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| 1 | Background | 后台低优先级的备份任务 |
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| 2–3 | Excellent Effort | 文件传输等中等业务 |
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| 4 | Critical Applications | 视频流会议 |
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| 5 | Voice | 语音通话 VoIP（最高优先） |
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| 6 | Network Control | 网络管理协议 |
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| 7 | Reserved | 保留 |
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## VLAN 端口类型
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| 端口类型 | Access | Trunk | Hybrid（Huawei/H3C） |
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|----------|--------|-------|---------------------|
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| 允许 VLAN | 1 个（PVID） | 多个 | 多个（可配置） |
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| 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 |
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| 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 |
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| 使用场景 | 接 PC/打印机/AP | 交换机互联、接路由器 | 灵活混合 |
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### Access 端口示例
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```mermaid
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flowchart LR
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PC["PC (无标签帧)"] -->|"发裸帧"| A["Access Port<br/>PVID = 10"]
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A -->|"打上 Tag 10"| S["Switch 内部 VLAN 10 域"]
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S -->|"移除 Tag"| B["Access Port<br/>PVID = 10"]
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B -->|"发裸帧"| GW["网关 Router"]
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style A fill:#DDA0DD,color:#000
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style B fill:#DDA0DD,color:#000
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```
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> 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。
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### Trunk 端口示例
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```mermaid
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flowchart LR
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SW1["Switch A"] -->|"Trunk<br/>携带多个 VID"| SW2["Switch B"]
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Note over SW1,SW2: VLAN 10 流量: EtherType=0x8100, VID=10<br/>VLAN 20 流量: EtherType=0x8100, VID=20
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style SW1 fill:#98FB98,color:#000
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style SW2 fill:#98FB98,color:#000
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```
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## Router-on-a-Stick（单臂路由）
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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：
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```
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VLAN 10 VLAN 20
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┌──────────┐ ┌──────────┐
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│ 192.168.10.x /24 │ │ 192.168.20.x /24 │
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└──────┬───┘ └──────┬───┘
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│ │
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Access Access
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│ │
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┌──────┴───────────────────┴───┐
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│ Switch │
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│ Trunk Port (eth0.10 & .20) │
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└──────┬───────────────────┬───┘
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│ 子接口 eth0.10 │ 子接口 eth0.20
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▼ ▼
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┌─────────────────┐ ┌─────────────────┐
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│ Router │ │ Router │
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│ eth0.10: 192.168.10.1/24 │ │ eth0.20: 192.168.20.1/24 │
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└─────────────────┘ └─────────────────┘
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```
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> [!warning] 单臂路由的性能瓶颈
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> 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。
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## 配置示例
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### Linux Bridge 上的 VLAN
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```bash
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# 创建 vlan interface
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ip link add link eth0 name eth0.10 type vlan id 10
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ip link add link eth0 name eth0.20 type vlan id 20
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# 设置 IP 并启用
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ip addr add 192.168.10.1/24 dev eth0.10
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ip addr add 192.168.20.1/24 dev eth0.20
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||||
ip link set eth0.10 up
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ip link set eth0.20 up
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# 查看
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$ ip -d link show type vlan
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||||
4: eth0.10@eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP> mtu 1500 ...
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link/ether aa:bb:cc:dd:ee:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff promiscuity 0
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||||
vlan protocol 802.1Q id 10 reassemble 0
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```
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||||
### Docker 中利用 VLAN
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```yaml
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# docker-compose.yml
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services:
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web:
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networks:
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frontend: # VLAN 10
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||||
ipv4_address: 192.168.10.10
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||||
backend: # VLAN 20
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||||
ipv4_address: 192.168.20.10
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||||
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||||
networks:
|
||||
frontend:
|
||||
driver: bridge
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||||
ipam:
|
||||
config:
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||||
- subnet: 192.168.10.0/24
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||||
backend:
|
||||
driver: bridge
|
||||
ipam:
|
||||
config:
|
||||
- subnet: 192.168.20.0/24
|
||||
```
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## VLAN 边界与跨 Switch
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant SW1 as Switch-A
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participant Link as 交换机间链路
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participant SW2 as Switch-B
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SW1->>Link: Frame {EtherType:0x8100, VID:10}
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Note over Link: Trunk 链路保持 802.1Q Tag
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SW2->>SW2: 收到 → 识别 VID=10 → 在 VLAN 10 内转发
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SW2->>SW2: 查 MAC 表 → 仅从同 VLAN 端口发出
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**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。
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## 最佳实践
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| 项目 | 建议 |
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|------|------|
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| VLAN ID 分配 | 管理 VLAN=1（不建议，安全风险），业务 VLAN ≥ 10 |
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| Native VLAN | 修改默认 native VLAN（避免用 1），防 VLAN Hopping |
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| VLAN 数量 | 单台交换机支持最大 4094 个 VLAN |
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| Inter-VLAN 路由 | >10 个 VLAN 用三层交换机而非单臂路由 |
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| 安全 | 未使用的端口划入"黑洞 VLAN"（无 IP 段），关闭 DTP 自动协商 |
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## 关联笔记
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- [[hhs/NETWORK/Ethernet帧结构]] — 802.1Q Tag 插入在 Ethertype 位置之前
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- [[hhs/NETWORK/Switch与路由器]] — Switch 如何基于 VLAN 隔离广播域
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||||
- [[hhs/NETWORK/MAC地址与广播域]] — VLAN 缩小了广播域的规模
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