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VLAN技术详解二(VLAN帧结构)

发布时间:2017-06-26 点击量:

二、VLAN帧结构
    在交换 机的汇聚链接上,可以通 过对数据帧附加VLAN信息,构建跨 越多台交换机的VLAN。 
附加VLAN信息的方法,最具有代表性的有: 
      ●  IEEE802.1Q 
      ●  ISL 

    现在就 让我们看看这两种协议分别如何对数据帧附加VLAN信息。 
2.1 IEEE802.1Q 
    IEEE802.1Q,俗称“Dot One Q”,是经过IEEE认证的对数据帧附加VLAN识别信息的协议。 在此,请大家 先回忆一下以太网数据帧的标准格式。 
IEEE802.1Q所附加的VLAN识别信息,位于数据帧中“发送源MAC地址”与“类别域(Type Field)”之间。具体内容为2字节的TPID和2字节的TCI,共计4字节。 在数据帧中添加了4字节的内容,那么CRC值自然也会有所变化。这时数据帧上的CRC是插入TPID、TCI后,对包括 它们在内的整个数据帧重新计算后所得的值。
基于IEEE802.1Q附加的VLAN信息,就像在 传递物品时附加的标签。因此,它也被称作“标签型VLAN(Tagging VLAN)”。 
 


1. TPID (Tag Protocol Identifier,也就是EtherType)
是IEEE定义的新的类型,表明这是一个加了802.1Q标签的帧。TPID包含了一个固定的值0x8100。


2. TCI (Tag Control Information) 
包括用户优先级(User Priority)、规范格式指示器(Canonical Format Indicator)和 VLAN ID。 
①User Priority:该字段为3-bit,用于定义用户优先级,总共有8个(2的3次方)优先级别。IEEE 802.1P 为3比特的 用户优先级位定义了操作。最高优先级为7,应用于 关键性网络流量,如路由选择信息协议(RIP)和开放最短路径优先(OSPF)协议的路由表更新。优先级6和5主要用于延迟敏感(delay-sensitive)应用程序,如交互式视频和语音。优先级4到1主要用于受控负载(controlled-load)应用程序,如流式多媒体(streaming multimedia)和关键性业务流量(business-critical traffic) - 例如,SAP 数据 - 以及“loss eligible”流量。优先级0是缺省值,并在没 有设置其它优先级值的情况下自动启用。
②CFI:CFI值为0说明是规范格式,1为非规范格式。它被用在令牌环/源路由FDDI介质访 问方法中来指示封装帧中所带地址的比特次序信息。
③VID:该字段为12-bit, VLAN ID 是对 VLAN 的识别字段,在标准 802.1Q 中常被使用。支持4096(2的12次方) VLAN 的识别。在4096可能的VID 中,VID=0 用于识别帧优先级。 4095(FFF)作为预留值,所以 VLAN 配置的最大可能值为4094。 所以有效的VLAN ID范围一般为1-4094。

2.2 ISL(Inter Switch Link) 
ISL,是Cisco产品支持的一种与IEEE802.1Q类似的、用于在 汇聚链路上附加VLAN信息的协议。 使用ISL后,每个数 据帧头部都会被附加26字节的“ISL包头(ISL Header)”,并且在 帧尾带上通过对包括ISL包头在 内的整个数据帧进行计算后得到的4字节CRC值。换而言之,就是总共增加了30字节的信息。 在使用ISL的环境下,当数据 帧离开汇聚链路时,只要简单地去除ISL包头和新CRC就可以了。由于原 先的数据帧及其CRC都被完整保留,因此无需重新计算


•    DA ― 40位组播目的地址。包括一个广播地址0X01000C0000或者是0X03000C0000。
•    Type ― 各种封装帧(Ethernet (0000)、Token Ring (0001)、FDDI (0010) 和 ATM (0011))的4位描述符。
•    User ― Type 字段使用的4位描述符扩展或定义 Ethernet 优先级。该二进 制值从最低优先级开始0到最高优先级3。
•    SA ― 传输 Catalyst 交换机中使用的48位源 MAC 地址。
•    LEN ― 16位帧长描述符减去 DA、type、user、SA、LEN 和 CRC 字段。
•    AAAA03 ― 标准 SNAP 802.2 LLC 头。
•    HAS ― SA 的前3字节(厂商的 ID 或组织唯一 ID)。
•    VLAN ― 15位 VLAN ID。低10位用于1024 VLAN。
•    BPDU ― 1位描述符,识别帧 是否是生成树网桥协议数据单元(BPDU)。如果封 装帧为思科发现协议(CDP)帧,也需设置该字段。
•    INDEX ― 16位描述符,识别传输端口 ID。用于诊断差错。
•    RES ― 16位预留字段,应用于其它信息,如令牌 环和分布式光纤数据接口帧(FDDI),帧校验(FC)字段。
•    ISL帧最大为1548bytes,iSL包头26+1518+4=1548
    ISL有如用ISL包头和新CRC将原数 据帧整个包裹起来,因此也被称为“封装型VLAN(Encapsulated VLAN)”。 需要注意的是,不论是IEEE802.1Q的“Tagging VLAN”,还是ISL的“Encapsulated VLAN”,都不是很严密的称谓。不同的 书籍与参考资料中,上述词 语有可能被混合使用,因此需 要大家在学习时格外注意。 并且由于ISL是Cisco独有的协议,因此只能用于Cisco网络设备之间的互联。 
IEEE 802.Q和ISL的异同:
相同点:都是显式标记,即帧被显式标记了VLAN的信息。
不同点:IEEE 802.1Q是公有的标记方式,ISL是Cisco私有的,ISL采用外部标记的方法,802.1Q采用内部标记的方法,ISL标记的长度为30字节,802.1Q标记的长度为4字节。


VLAN的TRUNK协议(VTP)
一、VTP概述

VLAN中继协议(VTP,VLAN TRUNKING PROTOCOL)是CISCO专用协议,大多数 交换机都支持该协议。VTP负责在VTP域内同步VLAN信息,这样就 不必在每个交换上配置相同的VLAN信息。
VTP还提供一种映射方案,以便通 信流能跨越混合介质的骨干。
VTP最重要的作用是,将进行 变动时可能会出现在的配置不一致性降至最低。
VTP也有一些缺点,这些缺 点通常都与生成树协议有关。

1、VTP协议的作用
VLAN中继协议(VTP)利用第2层中继帧,在一组 交换机之间进行VLAN通信。VTP从一个 中心控制点开始,维护整个企业网上VLAN的添加、添加和重命名工作,确何配置的一致性。
2、VTP的优点
>保持配置的一致性
>提供跨 不同介质类型如ATM 、FDDI和以太 网配置虚拟局域网的方法
>提供跟 踪和监视虚拟局域网的方法
>提供检 测加到另一个交换机上的虚拟局域的方法
>提供从 一个交换机在整个管理域中增加虚拟局域网的方法


二、VTP的工作原理
1、VTP概述和工作原理
VTP是一种消息协议,使用第2层帧,在全网的基础上管理VLAN的添加、删除和重命名,以实现VLAN配置的一致性。可以用VTP管理网络中VLAN1到1005。
有了VTP,就可以 在一台机换上集中过时行配置变更,所作的 变更会被自动传播到网络中所有其他的交换机上。(前提是在同一个VTP域)
为了实现此功能,必须先建立一个VTP管理域,以使它 能管理网络上当前的VLAN。在同一 管理域中的交换机共享它们的VLAN信息,并且,一个交 换机只能参加到一个VTP管理域,不同域 中的交换机不能共享VTP信息。
交换机 间交换下列信息:
>管理域域名
>配置的修订号
>已知虚 拟局域网的配置信息.
交换机 使用配置修正号,来决定 当前交换机的内部数据是否应该接受从其他交换机发来的VTP更新信息。
>如果接收到的VTP更新配 置修订号与内部数据库的修订号相同域者比它小,交换机忽略更新。
>否则,就更新内部数据库,接受更新信息。
VTP管理域在安全模式下,必须配置一个在VTP域中所 有交换机惟一的口令。
VTP的运行有如下特点:
>VTP通过发送到特定MAC地址01-00-0C-CC-CC-CC的组播VTP消息进行工作。
>VTP通告只 通过中继端口传递。
>VTP消息通过VLAN1传送。(这就是不能将VLAN1从中继 链路中去除的原因)
>在经过了DTP自动协商,启动了中继之后,VTP信息就 可以沿着中继链路传送.
>VTP域内的 每台交换机都定期在每个中继端口上发送通告到保留的VTP组播地址
VTP通告可以封装在ISL或者IEEE802.1Q帧内。


2、VTP域
VTP域,也称为VLAN管理域,由一个以上共享VTP域名的 相互接连的交换机组成。
要使用VTP,就必须 为每台交换机指定VTP域名.VTP信息只能在VTP域内保持。一台交 换机可属于并且只属于一个VTP域。
缺省情况下,CATALYST交换机处于VTP服务器模式,并且不 属于任何管理域,直到交 换机通过中继链路接收了关于一个域的通告,或者在 交换机上配置了一个VLAN管理域,交换机才能在VTP服务器 上把创建或者更改VLAN的消息 通告给本管理域内的其他交换机
如果在VTP服务器上进行了VLAN配置变更,所做的修改会传播到VTP域内的所有交换机上。
如果交换机配置为"透明"模式,可以创建或者修改VLAN,但所做 的修改只影响单个的交换机。
控制VTP功能的 一项关键参数是VTP配置修改编号。这个32位的数字表明了VTP配置的特定修改版本。配置修 改编号的取值从0开始,每修改一次,就增加1直到达到4294967295,然后循环归0,并重新开始增加。每个VTP设备会记录自己的VTP配置修改编号;VTP数据包 会包含发送者的VTP配置修改编号。这一信 息用于确定接收到的信息是否比当前的信息更新。
要将交 换机的配置修改号置为0,只需要禁中继,改变VTP的名称,并再次启用中继。
VTP域的要求:
>域内的 每台交换机必须使用相同的VTP域名,不论是通过配置实现,还是由 交换机自动学动
>CATALYST交换机必须是相邻的,这意味着,VTP域内的 所有交换机形成了一颗相互连接的树.每台交 换机都通过这棵树与其他交换机相互。
>在所有的交换机之间,必须启用中继。

3、VTP的运行模式
VTP模式有3种,分别是:
>服务器模式(SERVER 缺省)
VTP服务器 控制着它们所在域中VALN的生成和修改。所有的VTP信息都 被通告在本域中的其他交换机,而且,所有这些VTP信息都 是被其他交换机同步接收的。
>客户机模式(CLIENT)
VTP客户机 不允许管理员创建、修改或删除VLAN。它们监 听本域中其他交换机的VTP通告,并相应修改它们的VTP配置情况。
>透明模式(TRANSPARENT)
VTP透明模 式中的交换机不参与VTP。当交换 机处于透明模式时,它不通告其VLAN配置信息。而且,它的VLAN数据库 更新与收到的通告也不保持同步。但它可 以创建和删除本地的VLAN。不过,这些VLAN的变更 不会传播到其他任何交换机上。
各种运行模式的状态
功能        服务器模式   客户端模式    透明模式
提供VTP消息    √          √            ×
监听VTP消息    √          √            ×
修改VLAN        √         ×            √(本地有效)
记住VLAN        √        ×√(在不同 的版本有不同的结果)    √(本地有效)

4、VTP的通告
1.VTP通告概述
使用VTP时,加入VTP域的每 台交换机在其中继端口上通告如下信息.
>管理域
>配置版本号
>它所知道的VLAN
>每个已知VLAN的某些参数
这些通 告数据帧被发送到一个多点广播地址(组播地址),以使所 有相邻设备都能收到这些帧。
新的VLAN必须在 管理域内的一台牌服务器模式的交换机上创建和配置。该信息 可被同一管理域中所有其他设备学到
VTP帧是作 为一种特殊的帧发送到中继链路上的。
有2种类型的通告:
>来自客户机的请求,由客户 机在启动时发出,用以获取信息。
>来自服务器的响应
有3种类型的消息:
>来自客 户机的通告请求
>汇总通告
>子集通告
VTP通告中 可包含如下信息:
>管理域名称
>配置版本号
>MD5摘要--当配置了口令后,MD5是与VTP一起发送的口令。如果口令不匹配,更新将被忽略。
>更新者身份--发送VTP汇总通 告的交换机的身份。
VTP通告处 理以配置修订号为0为起点.每当随 后的字段变更一项时,这个修订号就加1,直到VTP通告被发送出去为止。
VTP修订号存储在NVRAM中,交换机 的电源开关不会改变这个设定值。.要将修订号初始化为0,可以用下列方法:
>将交换机的VTP模式更改为透明模式,然后再 改为服务器模式。
>将交换机VTP的域名更改一次,再更改回原来的域名。
>使用clear config all命令,清除交换机的配置和VTP信息,再次启动。
2. 3种VTP消息类型
(1)汇总通告
用于通知邻接的CATALYST交换机目前的VTP域名和配置修改编号。缺省情况下,CATALYST交换机每5分钟发 送一次汇总通告。
当交换 机收到了汇总通告数据包时,它会对比VTP域名:
>如果域名不同,就忽略此数据包
>如果域名相同,则进一 步对比配置修改编号
>如果交 换机自身的配置修改编号更高或与之相等,就忽略此数据包。如果更小,就发送通告请求。
(2)子集通告
如果在VTP服务器上增加、删除或者修改了VLAN,"配置修改编号"就会增加,交换机 会首先发送汇总通告,然后发 送一个或多个子集通告。挂起或激活某个VLAN,改变VLAN的名称或者MTU,都会触发子集通告。
子集通告中包括VLAN列表和相应的VLAN信息。如果有多个VLAN,为了通告所有的信息,可能需 要发送多个子集通告。
(3)通告请求
交换机 在下列情况下会发出VTP通告请求:
>交换机重新启动后
>VTP域名变更后
>交换机 接到了配置修改编号比自己高的VTP汇总通告


5、VTP域内安全
为了使管理域更安全,域中每 个交换机都需要配置域名和口令,并且域 名和口令必须相同。
例(将TEST管理域 设置为安全管理域):
>进入配置模式:
switch#configure terminal
>配置VTP域名:
switch(config)#vtp domain test
>配置VTP运行模式:
switch(config)#vtp mode server
>配置VTP口令:
switch(config)#vtp  password mypassword
>返回到特权模式:
switch(config)#end
>查看VTP配置:
switch(config)#show vtp status
删除VTP管理域中的口令,恢复到缺省状态
switch(config)#no vtp password

6、VTP修剪
VTP修剪(VTP PRUNING)是VTP的一个功能,它能减 少中继端口上不必要信息量。
在CISCO交换上,VTP修剪功 能缺省是关闭的。
缺省情况下,发给某个VLAN的广播 会送到每一个在中继链路上承载该VLAN的交换机。即使交 换机上没有位于那个VLAN的端口也是如此。
VTP通过修剪,来减少 没有必要扩散的通信量,来提高 中继链路的带宽利用率。

7、VTP的版本
在VTP管理域中,有两个VTP版本可供采用,cisco catalyst型交换 机既可运行版本1,也可运行版本2,但是,一个管理域中,这两个 版本是不可互操作的。因此,在同一个VTP域中,每台交 换机必须配置相同的VTP版本。
交换机 上默认的版本协议是VTP版本1。
如果要 在域中使用版本2,只要在 一台服务器模式交换机配置VTP版本2就可以了。
VTP版本2增加了版本1所没有 的以下主要功能:
>与版本 相关的透明的模式:在VTP版本1中,一个VTP透明模 式的交换机在用VTP转发信 息给其他交换机时,先检查VTP版本号 和域名是否与本机相匹配.匹配时,才转发该消息.VTP版本2在转发信息时,不检查版本号和域名。
>令牌环支持:VTP版本2支持令 牌环交换和令牌环VLAN,这个是VTP版本2和版本1的最大区别。
设置VTP版本2的步骤如下:
>进入全局配置模式:
switch#config terminal
switch(config)#vtp version 2
switch(config)#end
switch#show vtp status

8、VTP如何在域内增加、减少交换机
1.增加交换机
VTP域是由多台共享同一VTP域名的互连设备组成.交换机只能属于某个VTP域内,各个交换机上的VLAN信息是 通过交换机互连中继端口进行传播的。
要把一 个交换机加入到一个VTP域内,可以使用
VTP DOMAIN DOMAIN-NAME。
当一个 新交换机配置了VTP的域和服务器模式后,交换机每隔300秒,或者,每当VLAN结构发生变化时,就会通告一次。
将新的 交换机添加到域中,一定要 保证该交换机的修订号已经为0。
VTP修订号存储在NVRAM中,交换机 的电源开关不会改变这个设定值.可以使用下列方法:
>将交换机的VTP模式变到透明模式,然后再 变回服务器模式。
>将交换 机的域名修改为一个其他的域名(一个不存在的域),然后再 回到原来的域名
>使用erase startup-config 或 erase nvram命令,清除交换机的配置和VTP信息.再次启动。

2.删除交换机
要从管 理域中删除交换机,只要在交换机上删除VTP域名的配置,或者将 交换配置为透明模式,即可让 这个交换机脱离该VTP管理域.

三、配置VTP
在开始配置VTP和VLAN之前,必须做一些规划.
>确定将 在网络中运行的VTP版本.
>决定交 换机是成为已有管理域的成员,还是另 外成为其创立一个新的管理域,如果要 加入到已有的管理域中,则确定 它的名称和口令.
>为交换机选择一个VTP的工作模式.
>是否需 用启用修剪功能.
2950缺省配置:
>VTP域名:空
>VTP模式:SERVER服务器模式
>VTP版本2:禁用
>VTP认证:空,未启用
>VTP修剪:未启用

1、创立VTP域和配置模式
<1> 创立VTP域
switch(config)#vtp domain domina-name
创立或 加入一个管理域,使用下面步骤:
>进入全局配置模式
switch#config terminal
>加入到某个管理域:
switch(config)#vtp domain test
>返回特权模式:
switch(config)#end
域名长度可达32字符,口令可是64个字符长.
至少应 该有一台交换机被设置为服务器模式.
一台交 换机不想与网络中的其他交换机共享VLAN信息,刚可以 将它设置为透明模式.
实现工作中,建议至 少将两台核心交换机设置为VTP服务器模式,而将其 他交换机设置为VTP客户机模式.这有效地,如果交换机掉电了,它重启后,可以从 服务器处获得有效的VLAN信息.
<2> 配置VTP服务器
switch(config)#vtp domain domain-name
switch(config)#vtp mode server
switch#show vtp status
<3> 配置VTP客户端
switch(config)#vtp domain domain-name
switch(config)#vtp mode client
switch(config)#exit
<4> 配置VTP透明模式
switch(config)#vtp domain domain-name
switch(config)#vtp mode transparent
switch(config)#exit

2、VTP域内的安全、修剪、版本的设置
<1>VTP口令的配置:
switch(config)#vtp password mypassword
switch(config)#no vtp password(删除)
<2>VTP修剪
>启动VTP修剪
缺省情况下,在基于IOS交换机的中继商品上,VLAN2-1001都是可修剪的.要在管 理域内启动修剪.使用:
switch(config)#vtp pruning
>从可修 剪列表中去除某VLAN
switchport trunk pruning vlan remove vlan-id
用逗号分隔不连续的VLAN ID,其间不要有空格,用短线表明一个ID范围
例(去除VLAN2、3、4、6、8)命令如下:
switchport trunk pruning remove 2-4,6,8
>检查VTP修剪的配置
要检查VTP修剪的配置,可以使用命令:
show vtp status 和 show interface interface-id switchport
例:(配置VTP修剪)
switch#config terminal
switch(config)#vtp pruning
switch(config)#exit
switch#show vtp status
-
VTP pruning mode :enable(表明修剪已经启动)
-
例2(关闭指定的VLAN修剪)
switch#show interface fa0/3 switchport
trunking vlans active:1-4,6,7,200(说明了 在该中继链路上可传输哪些VLAN的数据)
pruning vlans enable:2-1001(说明了 该商品上启用了VTP修剪的VLAN列表)
-
switch#config t
switch(config)#interface fa0/3
switch(config-if)#switchport trunk pruning remove vlan  2 3 7
switch(config-if)#end
switch#show interface fa0/3 switchport
-
trunking vlans active:1-4,6,7,200
pruning vlans enable :4-6,8-1001
例3(在管理域中关闭VTP修剪)
switch#config t
switch(config)#no vtp pruning
switch#show vtp status
-
vtp pruning mode :disabled(修剪已关闭)
<3>VTP版本设置
switch(config)#vtp version 2(配置为版本2)
switch(config)#no vtp version 2(回到版本1)
switch#show vtp terminal
VTP V2 mode :enable
只有在VTP服务器 模式下才能变更VTP版本

3、在VTP域内增加、减少交 换机的配置方法
<1>增加交换机
新加入的交换机的VTP配置号 比所要加入的域中原来的VTP服务器 上的配置号要低.
添加过程:
>清除配置:(或其他的方法)
switch(config)#erase startup-config
switch(config)#end
switch#reload
>配置VTP运行模式:
switch(config)#vtp domain test
>配置VTP运行模式
switch(config)#vtp mode server
switch(config)#end
switch#show vtp status
<2>减少交换机
switch(config)#vtp domain test-a
switch(config)#end
switch#show vtp status

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