# 第05講 IEEE 802.1Q Virtual Bridged LANs
計算機網路概論 黃能富教授

Virtual LAN(VLAN)的目的與優點
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* 運用**logical group** 的方法，**解決broadcast與multicast，所造成頻寬浪費和安全的問題**
* **Virtual LAN具有類似防火牆的機制**
* Example - VLAN Topology
* 綠色：VLAN_A
* 粉紅色：VLAN_B
* 橘色：VLAN_C
* VAB為一個switch或router
* 傳送一個VLAN_B broadcast封包，此時**只有VLAN_B的所有member才收的到** ，因此其他不屬於VLAN_B的人就收不到封包
* VLAN 中的成員，還可以動態地調整
* **在此架構中不同的VLAN間無法互相傳輸(無法跨VLAN通訊)** ，因為Virtual LAN具有類似防火牆的機制，但如果真的需要通訊，則需要經過router的轉送才能傳輸

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* Virtual LAN(VLAN)的優點：
1. 支持**shared media** 和**point-to-point media**
2. **Plug-and-Play** 的特性，只要電源打開，隨即開始運作，不需要任何設定(大部分layer 2設備具此特性)

VLAN Architecture
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* 三層式模型：
1. **Configuration** -> 參數設定
* Port-based，根據Port設定，與station無關
* MAC-based，根據Address設定，與Port無關，較Port-based有彈性
* IP-subnet based，又較MAC-based有彈性
* Layer-3 Protocol based
2. **Distribution/Resolution** -> 配送/解析
* 經過解析完每個VLAN之後，分送給其他VLAN，與他們交換資訊
3. **Relay** -> 轉送封包
* Ingress Rules：如何處理封包，先分類屬於哪個VLAN
* Forwarding Rules：決定哪個Port傳輸
* Egress Rules：當封包要離開Port前，決定是否接上VLAN Tag

## Virtual LANs Technologies
### 1. Port-based Virtual LANs
* 用Port作區別

### 2. MAC-based Virtual LANs
1. 初始設定：
2. 將Port 5一至Bridge/Switch 2：
* 此時因為是用MAC作區別，因此VLAN還是知道Port 5屬於VLAN 3

### 3. IP Subnet-based Virtual LANs

### 4. Layer-3 Protocol based Virtual LANs

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* IEEE 802.1Q是根據**Port-based**，因為較簡單

Distribution(配送)
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1. 透過**Declaration Protocols** 來配送VLAN的關聯資料
* EX：現在主要用**GARP (Generic Attributes Registration Protocol)**
2. 透過**Request/Response protocols** 來取得特定的VLAN的關聯資料

Relay
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* 此流程負責增加、修改、或移除位於訊框上的標籤 (tag)
* VLAN frame攜帶有 VLAN ID (VID)
1. **Ingress rules** (輸入)
-> 將接收到的訊框對應至不同的VLAN
2. **Forwarding rules** (轉送)
-> 由哪些Port轉送
3. **Egress rules** (輸出)
-> 決定是否接上VLAN Tag

Frame Tagging
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1. **Implicit tagging** (隱性)
-> 根據**MAC address, Layer 3 Protocol ID或receiving Port** 來辨別此frame所屬的VLAN
2. **Explicit tagging** (顯性)
-> 將TAG塞入封包，且其位置和長度是固定的

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* 辨識工作可經由下列方法完成：
1. **Implicit Tagging** ：透過接收到此frame所連接Port的**PVID**
2. **Explicit Tagging** ：透過**VID 值**

Port-Based VLAN Definitions
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* **VLAN aware devices** ：有支援VLAN功能
* **VLAN unaware devices** ：沒有支援VLAN功能
* **Access Link** ：是一個LAN segment，且**與其連接的裝置皆為VLAN *unaware* devices**
1. 均使用implicitly tagged，因為其不支援VLAN功能
2. 因為其不支援VLAN功能，所以**不會有貼上 VLAN TAG** ，不然會解讀錯誤
* **Trunk Link** ：是一個LAN segment，且**與其連接的裝置皆為VLAN *aware* devices**
1. 所以在Trunk Link傳送的封包，皆須貼上VLAN TAG
* **Hybrid Link** ：是一個LAN segment，在此segment中允許VLAN **unaware** devices和VLAN **aware** devices存在
* 雖然可以混合，若在某條LAN上的device有貼VLAN TAG，則此條LAN上所有的device皆須貼上VLAN TAG，反之亦然

Spanning Tree and VLAN
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1. 所有VLAN的路徑接**根據Spanning Tree的演算法建構**
2. 因此**每個VLAN皆為Spanning Tree的子集**
3. 因為VLAN 中的成員可以動態地調整，所以它的**topology為dynamic**
* 在此結構中Bridge需紀錄那些封包需要貼VLAN TAG，那些不需要
* Example：
* 紅色線為Trunk Link

## VLAN Addressing Learning
1. **Shared VLAN Learning (SVL)** (共享式)
2. **Independent VLAN Learning (IVL)** (獨立式)
* Examples of SVL and IVL
* G、H對於Switch 1來說需要透過Port 7來與Switch 3連接，所以Port為7

### IVL Example -- Multiple Independent VLANs
* A從Port 1 進入後檢查Member Set，發現只有Port1和3，因此從Port 3 送出，接著檢查Untag Set，發現1,3皆為Untag，所以送出的封包不加TAG，之後送給Bridge Router
1. **Router(Connector) 和 stations 為 VLAN unaware(untag)**
2. VLAN **Red** (A) <--> VLAN **Blue** (B) 之間傳輸封包將會被送Router(Connector)(防火牆功能)，因為不同VLAN間不能相互傳輸封包
3. 上圖中，Filtering databases應該為 **independent (IVL)**

### SVL Example -- Multiple Independent VLANs
* 此時的Filtering databases為共用不分Red或是Blue
1. 首先先傳輸A
* 在傳輸完之後會記錄A在Port 4
2. 接著傳輸B
* 此時會發現因為紀錄A在Port 4，但實際上A在Port 1，所以會發生傳輸錯誤

## The Filtering Databases for VLAN
### 1. Static Filtering Entry
* 假設MACd在黃色那個port時，就必須Forward或是Filter，這是可以事先設定好

### 2. Static VLAN Registration Entry
* 與Static Filtering Entry相同，皆可透過網管的方式事先設定好

### 3. Dynamic Filtering Entry
* 透過Learning Process，不斷的動態改變

### 4. Dynamic VLAN Registration Entry
* 透過VALN的Learning去做設定，

VLAN Tag Structure
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1. Tag Protocol Identifier (TPID)
2. Tag Control Information (TCI)
* User-Priority
* Canonical Format Indicator(制式格式指示)
* VID
* **Ethernet-encoded**
* **SNAP-encoded**
* 若**SNAP Header** 為 **AA-AA-03** 且 **SNAP PID** 為 **00-00-00** ，代表此為**SNAP-encoded**
* 不管是Ethernet-encoded或是SNAP-encoded只要 **Tag Type** 為 **81-00** => **代表有加Tag**