《跟唐老师学习云网络》 - 什么是VLAN和VXLAN

一、背景

敲黑板： VLAN是你理解云网络的门槛石，要想通往云网络的世界，这一扇大门一定得理解透彻。

二、为什么需要VLAN

在前面的课程里面，我们知道了局域网的概念。一个局域网里面有N台电脑互相通信，ARP广播通知到各家各户。把你想象为村里的一户人家，平时送快递收快递，偶尔村里广播找人，派个人到你家询问询问情况，整体看似挺和谐的。 但是这里注意了哦，广播找人，那可一定是全村每家每户都派人通知到的。

然而当村子大了，问题就出来了： 就是这个各路的广播通知的大使啊，不停的往你家门口赶啊，一个又一个，无尽的骚扰着你家，已经困扰到你正常的作息了。

那你可能好奇，一个村里面，这个广播大使能有这么多吗？ 嗯，大概你门口就这么多吧（夸张手法）

所以这个村子也得分分组了：上半村，下半村。上半村的事情，广播大使，你别来下半村咨询了，上半村跑完了就噢了。

因此，一个局域网里面的电脑的分组需求就开始了。一个物理世界的人，实际上又分成了各个门派，门派之间各不相干。这种抽象决定了你虽然和邻居很近，然而你们互相不认识，也不通信。

VLAN就是用来给村里人分组用的，每个人贴个标签。代表了你是哪个门派。

三、如何理解VLAN

站在网络报文的角度，我们重新梳理一下这个里面分组的道道。

最开始，一个网线上面跑着很多运输车(IP报文)，到达目的地后，把IP头去掉，剩下货物交给对方，就像这样：

在对通知大使分组之后，这些报文可就带了标记了，一眼就看出来，这是不同门派的报文。就像这样：

这样一来，每一台机器，只会收到自己门派的报文，不会受到另一个门派的骚扰。一个局域网就这样根据报文的标记，分裂为多个不同的门派。找其中一个门派单独看，它又像是是一个更小的局域网，因为它们只与同一门派的人通信。所以单独的一个门派又叫做“虚拟的”局域网。英文Virtual LAN（也就是VLAN）。

下图显示一个局域网，分裂为两个虚拟的局域网。

那么怎么来给报文打标签区分类别呢？ 搞报文协议的前辈，掐指一算。算了，就给报文头里面加个字段吧，用来写门派号。

注意这里VID留了12bit位，也就是最大4095个门派。 搞协议的人觉得，一个局域网里面的电脑嘛，搞那么多门派干嘛，分组数量绝对够了啊。呵呵~都是坑，跟IPV4一样一样的。

带了VLAN头的报文，我们叫VLAN标签。它是一个长得不太一样的报文。

四、交换机的VLAN口

在一个局域网里面，分组这件事，你可以任性的随机选电脑分一个组，更多的是按照位置和属性分组。一般为了方便管理，都将一个“虚拟局域网”的电脑放在一起。把它们接入一个交换机的一个网口上面，这个网口对应的下属电脑，属于同一个“虚拟局域网”。

在图上可以看到，一个交换机端口可以设置VLAN属性，代表允许的报文类型(门派)。 那这里有一个深层次的概念：一个端口，报文有进，有出的。分别怎么处理的呢？

这种打上标签，和去除标签的功能，是一个带VLAN功能的常见情况。也就是tag，untag的实际含义。因为也有端口是需要在收到报文的时候untag的，所以这个打标签的活需要注意，门派理清楚。

五、Trunk又是什么鬼？

一般情况，一个交换机端口，都是设置为只允许一种VLAN报文通过，这样比较好理解。但是有时候，我们需要设置一个端口，允许N种VLAN报文，都可以通过。

比如：

在一个大的局域网里面（比如学校），我们需要将两个位置的（比例两幢楼）的VLAN电脑通连起来，字母派一个组，数字派一个组。类似图示这样：

这种情况下，如果按照一个端口设置一个VLAN的原则，只需要在两个交换机之间，接额外2根线就行了。像这样：

由于带了VLAN标签的报文，只能通过对于的VLAN端口，所以两个“虚拟局域网”互相不干扰。但是如果门派变多了呢？？

难道每增加一个门派，两个交换机之间就得加一根网线？？

所以聪明的我们就想出来，一个端口允许N种VLAN标签不就行了。意思是各门派均可通过~

这个就是Trunk端口了。

六、VLAN的不足，大哥VXLAN来帮忙

之前提过，第一个想出门派的VLAN协议设计者，觉得12bit的标记，也就是4千多种门派就够了。实际情况是，这玩意很好用啊，特别是这种“虚拟的局域网”概念，可以模拟出很多“虚拟的网络”出来给用户使用，特别适合云计算这种一个用户需要自己独立的网络这种场景，所以使用的越来也多，需求量超大。

表面上一根物理网线，可以虚拟出N根“虚拟网线”的效果。

所以结果就是：VLAN这种分出来门派的数量完全不够用啊！ 因为需求量可能比下面的还要多：

所以，一种新的区分报文门派的方法需要出来。所以人们就想方法，最终有两个方法出来：一种就是 VXLAN，X就是扩展的意思； 还有一种是GRE网络。

这两种分门派的方法有一个共同点，就是在小货车运输的货物上打标签。而不再是对货车分类（因为IP报文头已经没有多余字段可用来发挥作用了）。

1. VXLAN分门派方法：

2. GRE分门派方法：

七、结束

因为VLAN技术的出现，使得同一根物理线路上，同时传递2种完全相互隔离的信息。效果看上去似乎是2条独立的线路分别在传递信息。

所以再进一步想象下：抽象的云计算里面的虚拟机，其实就是这种情况，两台虚拟机可能挨很近（运行在同一台物理机上），然而它们之间是完全没关系的，因为是分别被两个不同的人购买的。

云网络的雏形就这样长出来了。敲黑板~

附录：

要是想要深入搞这个VLAN技术，可以看看这篇文章《小白都能看明白的VLAN原理解释》。仅了解概念，看本文就够了。