学习思考：一日三问（学习篇）之匹配VLAN

一、学了什么（是什么）
- 1.1 理解LAN与"V"的LAN
- 1.2 理解"V"的LAN怎么还原成LAN
- 1.3 理解二层交换机眼中的"V"的LAN
二、为何会产生需求（为什么）
- 2.1 局域网肆意扩张后的"分地运动"
三、有什么用（怎么做）
- 3.1 理解并灵活使用交换机对标签的处理方式
- 3.2 用代码逻辑来理解VLAN匹配方式

一、学了什么（是什么）

1.1 理解LAN与"V"的LAN

家用路由器接口总能看到"LAN"的字样，中文翻译过来称为局域网，我们是否可以将家用路由器功能拆分为以下拓扑？

倘若我们直接理解为LAN为交换机直连的链路就好处理了，理解为仅需二层提供通讯，无需三层路由的一块区域，在此区域下可实现广播、组播与无目的MAC的单播帧泛洪区域。

那进一步，我们再理解"V"的LAN就好理解了，V就是虚拟的，理解为逻辑上的，组织一下语言就是"逻辑上的局域网"，意味着这块区域不管长啥样，逻辑上就是个局域网，逻辑上和上面的LAN没啥区别，三个电脑中的一台发广播帧，其余两台都能收到，OK，理论存在，实践开始。

上面是个乱七八糟的VLAN分配图，咱们可以按照"V"的LAN的逻辑思维，可以整理成底下这样，"V"的LAN和实际LAN在逻辑上一致，我们这里可以想象各自LAN被路由器隔离广播域，如果需要"V"的LAN间互通，我们按照三层路由逻辑做通就行，假设我们有三层交换机，则每个连接LAN的接口此时改名为"V"的LAN的Interface，简称vlanif，默认一个vlanif绑定着对应编号的"V"的LAN，例如vlan 5逻辑上连接下图"路由器"的接口叫vlanif 5，在此接口上配置IP作为vlan 5的网关，再走路由互访就行，更为复杂的路由方式那就起个OSPF或者静态就行。

1.2 理解"V"的LAN怎么还原成LAN

"V"的LAN在原有LAN的帧头中加了一个字段，帧字段区别可见此篇文章：没别的，就聊聊VLAN

所以交换机收到时，把帧头的"标签"贴上，再转手传给其他交换机。扔给路由器或者计算机的时候把"标签"撕掉就行。就想象咱们平常送礼前撕标签的感觉就行。

1.3 理解二层交换机眼中的"V"的LAN

在二层交换机中，"V"的LAN也是LAN，但是要同贴上一样标签的LAN才是一个LAN，不同标签的LAN就是不同LAN，所以此时交换机按道理来说，还需要在收发接口上维系一个标签清单，允许哪些标签的帧从哪个接口出去，而且对于没有标签的帧，为了保持格式统一性，应当打上接口的默认标签（默认标签为1），所有帧在交换机内都是带标签的，遇到同为接口的默认标签号的接口发出就撕掉标签，整理一下，交换机需要这些东西：

接口默认标签号
接口允许通过标签清单

二、为何会产生需求（为什么）

2.1 局域网肆意扩张后的"分地运动"

局域网设备扩大后。广播范围也会越来越大，有些敏感部门需要隔离其他业务部门，所以在原有的庞大LAN范围内，期望能利用一些二层的字段相互隔离不同类型的数据帧，所以不妨把帧都打上标签，用交换机匹配帧，实现放行或拒绝带特定标签的帧。

三、有什么用（怎么做）

3.1 理解并灵活使用交换机对标签的处理方式

交换机常见的两种"V"的LAN接口：Access和Trunk，而我们实现的目标是：终端发出的无标签帧，带上指定标签，准确到达同标签区域，并以无标签的形式，将帧发给目标主机 。所以从需求来看，两种接口类型可以想象成一种接口，即：带有标签放行清单与默认贴撕标签能力的接口。我们以Trunk接口为例来想象一下流程：

若不标签的帧进入交换机前，先打上接口默认标签，带标签的帧进下一步；
此时匹配接口的标签清单，清单里有就收到交换机内，没有就把帧拦下来（俗称丢弃）；
查交换机MAC地址表，选择接口转发；
此时匹配接口的标签清单，清单有就发到对应接口处，没有就不让帧出去（俗称丢弃）；
此时比对接口默认标签，默认标签与帧的标签相同就拆掉标签，如果不同就保持标签扔出去；

OK此时就有人疑惑了，假如是Access接口呢，那就意味着接口默认标签号=接口唯一允许通过标签清单=指定VLAN标号，此时代入上述过程再看看，结果如下：

收/发数据帧	有无标签	是否为接口默认标签	动作
收	无	否	贴默认标签，匹配清单唯一放行项，收入交换机
收	有	是	匹配清单唯一放行项，收入交换机
收	有	否	不匹配清单唯一放行项，丢弃
发	有	是	匹配清单唯一放行项，转至出接口，撕掉标签
发	有	否	不匹配清单唯一放行项，丢弃

因为交换机内部都是带标签的，所以不存在发数据帧的时候有无标签帧

3.2 用代码逻辑来理解VLAN匹配方式

相信有些朋友看上述分析文字比较枯燥，所以可以参考下面这些伪代码，逻辑上还是比较清楚的：

python 复制代码

# 当模式为Access时，VLAN列表仅有一个允许项，即接口标签号，默认为1
if InPort.mode == "Access":
	InPort.allow_vlan_list = [Inport.default_tag]
if OutPort.mode == "Access":
	OutPort.allow_vlan_list = [Outport.default_tag]
# 对齐带Tag的帧格式（Port.default_tag默认为1）
if Frame.tag == null:
	Frame.add(InPort.default_tag)
# 如果帧标签在in接口允许清单中，则进行下一步，无则丢弃
if Frame.tag in InPort.allow_vlan_list:
	InPort.pass(Frame)
	# 查询MAC地址表，有表项则丢到对应接口，进行下一步，无则丢弃
	OutPort = Switch.search(Frame)
	if OutPort != null:
		# 如果帧标签在out端口允许清单中，则进行下一步，无则丢弃
		if Frame.tag in OutPort.allow_vlan_list:
			# 如果帧标签和out接口默认标签一致，则撕掉标签转发；
			# 如果不一致则直接转发
			if Frame.tag == OutPort.default_tag:
				Frame.take_off_tag()
			# out接口转发帧
			OutPort.forward(Frame)
		else:
			OutPort.discard(Frame)
	else:
		Switch.discard(Frame)
else:
	InPort.discard(Frame)