网络基础之网络协议篇

一、计算机系统原理

操作系统是管理和控制计算机硬件与软件资源的应用程序，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

二、网络通信原理

2.1互联网本质就是一系列网络协议

一台硬设有了操作系统，然后装上软件你就可以正常使用了，每个人都拥有一台自己的机器，但是都是彼此孤立

• 什么是网络？
  • 互联网通信协议+物理连接介质

• 网络的作用：打破地域限制，提高数据传输，数据通信的效率，又称信息高速公路。

• 互联网协议的功能：定义计算机如何接入internet，以及接入internet的计算机通信的标准，相当于计算机界的英语。

2.2 osi七层协议

互联网通信协议按照不同分为OSI七层或者tcp/ip五层或tcp/ip四层

•  每一层OSI七层每一层的作用以及数据的名字

• • 　　应用层 ---------------规定应用程序的数据格式----------------消息massage
  • 　　表示层----------------数据处理和加密
  • 　　会话层----------------建立连接
  • 　　传输层----------------建立端口到端口之间的通信-------------数据段fragment
  • 　　网络层----------------使用网络地址来区分不同的域/子网---数据包packet
  • 　　数据链路层----------定义了电信号的分组方式----------------数据帧frame
  • 　　物理层----------------基于电器特性发送电信号----------------数据位bit

• 常见的物理连接设备：

• OSI七层协议数据传输的封包与解包过程 

2.3TCP/IP五层模型

• 互联网通信原理：OSI七层每层都运行特定的协议，越往上越靠近用户，越往下越靠近硬件
• 我们将应用层，表示层，会话层并作应用层

2.3.1物理层

• 物理层作用：主要是基于电器特性发送高低电压(电信号)，高电压对应数字1，低电压对应数字0

2.3.2数据链路层

•  数据链路层由来：

• • 单纯的电信号0和1没有任何意义，必须规定电信号多少位一组，每组什么意思

• 数据链路层功能：

• 定义了电信号的分组方式，每一组数据叫做数据帧
• 以太网协议（ethernet）
  • 以太网协议规定
    • 一组电信号构成一个数据包，叫做‘帧’
    • 每一数据帧分成：头head和数据data两部分，即head+data
    • 
      • head包含：（固定18个字节）
        • 发送者/源地址，6个字节
        • 接受者/目标地址，6个字节
        • 数据类型，6个字节
      • data包含：（最短46字节，最长1500字节）
        • 数据包的具体内容
      • head长度+data长度=最短64字节，最长1518字节，超过最大限制就切片发送
    • 但凡接入互联网主机，必须有一块网卡，叫做以太网卡，每个网卡出厂必须有一个Mac地址

    • 广播：有了mac地址，同一网络内的两台主机就可以通信了（一台主机通过arp协议获取另外一台主机的mac地址）ethernet采用最原始的方式，广播的方式进行通信，即计算机通信基本靠吼

 2.3.3网络层

• 网络层由来：有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到。这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难！
  • 必须找出一种方法来区分哪些计算机属于同一广播域，哪些不是，如果是就采用广播的方式发送，如果不是就采用路由的方式（向不同广播域／子网分发数据包），mac地址是无法区分的，它只跟厂商有关。
  • 
• 网络层功能：引入一套新的地址用来区分不同的广播域／子网，这套地址即网络地址
• IP协议
  • 规定网络地址的协议叫ip协议，它定义的地址称之为ip地址，广泛采用的v4版本即ipv4，它规定网络地址由32位2进制表示
  • 范围0.0.0.0-255.255.255.255
  • 一个ip地址通常写成四段十进制数，例：172.16.10.1
  • IP协议的作用主要有两个，一个是为每一台计算机分配IP地址，另一个是确定哪些地址在同一个子网络。
  • IP协议规定：每一组数据叫做数据包，也分为分为head和data部分，head放源ip地址，目标ip地址，ip地址的通信=》路由协议
• IP地址组成：
  • • 网络部分：标识子网
    • 主机部分：标识主机
• 子网掩码
  • 所谓”子网掩码”，就是表示子网络特征的一个参数。它在形式上等同于IP地址，也是一个32位二进制数字，它的网络部分全部为1，主机部分全部为0。
  • 知道”子网掩码”，我们就能判断，任意两个IP地址是否处在同一个子网络。方法是将两个IP地址与子网掩码分别进行AND运算（两个数位都为1，运算结果为1，否则为0），然后比较结果是否相同，如果是的话，就表明它们在同一个子网络中，否则就不是。
    • 举例说明：

      • 例如ip地址1：172.16.10.4/24
        10101100.00010000.00001010.00000100 -> 172.16.10.4
        
        11111111.11111111.11111111.00000000 -> 255.255.255.0
        
        10101100.00010000.00001010.00000000 -> 172.16.10.0 =》子网地址

      • 例如ip地址2：172.16.10.5/24
        10101100.00010000.00001010.00000101 -> 172.16.10.5
        
        11111111.11111111.11111111.00000000 -> 255.255.255.0
        
        10101100.00010000.00001010.00000000 -> 172.16.10.0 =》子网地址

      • 结果都是172.16.10.0，因此它们在同一个子网络。
• IP数据包
  • ip数据包也分为head和data部分，无须为ip包定义单独的栏位，直接放入以太网包的data部分
    
  • 
    • head：长度为20到60字节

    • data：最长为65,515字节。

  • 而以太网数据包的”数据”部分，最长只有1500字节。因此，如果IP数据包超过了1500字节，它就需要分割成几个以太网数据包，分开发送了。
• Apr协议
  •  arp协议由来：计算机通信基本靠吼，即广播的方式，所有上层的包到最后都要封装上以太网头，然后通过以太网协议发送，在谈及以太网协议时候，我门了解到通信是基于mac的广播方式实现，计算机在发包时，获取自身的mac是容易的，如何获取目标主机的mac，就需要通过arp协议
  • 通过IP地址找到Mac地址
  • arp协议功能：广播的方式发送数据包，获取目标主机的mac地址
  • 协议工作方式：每台主机ip都是已知的
    • 举例说明：例如：主机172.16.10.10/24访问172.16.10.11/24
      • 首先通过ip地址和子网掩码区分出自己所处的子网
      • 
      • 分析172.16.10.10/24与172.16.10.11/24处于同一网络(如果不是同一网络，那么下表中目标ip为172.16.10.1,通过arp获取的是网关的mac)
      • 这个包会以广播的方式在发送端所处的自网内传输，所有主机接收后拆开包，发现目标ip为自己的，就响应，返回自己的mac地址

• APR协议工作方式总结：
  • 首先通过IP地址判断两台计算机的子网地址是否一样，
  • 处于同一LAN（局域网）通信：如果一样，就说明处于同一局域网中，应该尝试获取另一台计算机的Mac地址；这个包会以广播的方式在LAN内发送，所有计算机都接受接收后拆包，发现目标ip为自己的，就响应，返回自己的mac，收到对方mac后即可建立连接进行通信

  • 处于不同LAN通信，就是跨局域网通信：如果不一样就说明跨局域网，应该尝试获取网关的Mac地址，这个包会附上自己的源IP、源Mac地址和目标IP，发送给交换机，在通过网关，将源IP源Mac换为自己的，再向外逐层发送，找到对方所在LAN，再由对方交换机广播发送，对方计算机收到后，返回对方mac，收到后即可建立连接进行通信

  • Mac地址只能在局域网内通信。
  • IP地址+Mac地址=>标识全世界唯一一台计算机
  • ARP会将ip地址转换成mac地址（要么是局域网内一台计算机的mac地址，要么就是网关的mac地址，不能是公网计算机的mac地址）

2.3.4传输层

• 传输层的由来：网络层的ip帮我们区分子网，以太网层的mac帮我们找到主机，然后大家使用的都是应用程序，你的电脑上可能同时开启qq，暴风影音，等多个应用程序，那么我们通过ip和mac找到了一台特定的主机，如何标识这台主机上的应用程序，答案就是端口，端口即应用程序与网卡关联的编号。
• 传输层功能：建立端口到端口的通信
• 补充：端口范围0-65535，0-1024为系统占用端口
• TCP和UDP协议规定：
  • 一组数据叫做数据段，也分为head+data，head放的源端口，目标端口,端口在本机唯一即可
• TCP协议
  • 可靠传输，TCP数据包没有长度限制，理论上可以无限长，但是为了保证网络的效率，通常TCP数据包的长度不会超过IP数据包的长度，以确保单个TCP数据包不必再分割。
  • 
  • tcp通信之前必须建立双向通路
  • TCP可靠原因：发送端先复制一份数据，然后发送给接收端，接收端回应了，发送端确认就会删除数据，如果接收端没有回应，发送端会多发送几次，等待接收端回应，如果没有回应接收端再去删除数据。这样做保证了数据传输的安全性和可靠性。但是对内存资源消耗比较大。
    • TCP协议详见：
      • 超详细：https://www.cnblogs.com/wangzhujun/p/13836206.html
      • 精简版：https://www.cnblogs.com/wangzhujun/p/13836188.html
  • tcp三次握手和四次挥手
    • 具体解释详见：https://www.cnblogs.com/wangzhujun/p/13835932.html

• • 
• udp协议：
  • 　不可靠传输，”报头”部分一共只有8个字节，总长度不超过65,535字节，正好放进一个IP数据包。
  • 
  • 不可靠传输原因：发完数据后无需等对方回应，会立马删除数据。传输数据快。通常应用于微信QQ聊天、时间同步。

 2.3.5应用层

• 应用层由来：用户使用的都是应用程序，均工作于应用层，互联网是开发的，大家都可以开发自己的应用程序，数据多种多样，必须规定好数据的组织形式 
• 应用层功能：规定应用程序的数据格式。
• 例：TCP协议可以为各种各样的程序传递数据，比如Email、WWW、FTP等等。那么，必须有不同协议规定电子邮件、网页、FTP数据的格式，这些应用程序协议就构成了”应用层”。

2.3.6 socket（套接字）

• 我们知道两个进程如果需要进行通讯最基本的一个前提能能够唯一的标示一个进程，在本地进程通讯中我们可以使用PID来唯一标示一个进程，但PID只在本地唯一，网络中的两个进程PID冲突几率很大，这时候我们需要另辟它径了，我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机，而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程，这样我们可以利用ip地址＋协议＋端口号唯一标示网络中的一个进程。
• 能够唯一标示网络中的进程后，它们就可以利用socket进行通信了，
• 什么是socket呢？我们经常把socket翻译为套接字，socket是在应用层和传输层之间的一个抽象层，它把TCP/IP层复杂的操作抽象为几个简单的接口供应用层调用已实现进程在网络中通信。

2.3.7 小结

总结图如下：

数据传输动图如下：

• 想实现网络通信，每台主机需具备四要素
  • 本机的IP地址
  • 子网掩码
  • 网关的IP地址
  • DNS的IP地址
• 获取这四要素分两种方式
  • 1.静态获取=》即手动配置
  • 2.动态获取=》通过dhcp获取
    • DHCP详解：
      • 

      • （1）最前面的”以太网标头”，设置发出方（本机）的MAC地址和接收方（DHCP服务器）的MAC地址。前者就是本机网卡的MAC地址，后者这时不知道，就填入一个广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF。

        （2）后面的”IP标头”，设置发出方的IP地址和接收方的IP地址。这时，对于这两者，本机都不知道。于是，发出方的IP地址就设为0.0.0.0，接收方的IP地址设为255.255.255.255。

        （3）最后的”UDP标头”，设置发出方的端口和接收方的端口。这一部分是DHCP协议规定好的，发出方是68端口，接收方是67端口。

      • 这个数据包构造完成后，就可以发出了。以太网是广播发送，同一个子网络的每台计算机都收到了这个包。因为接收方的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，看不出是发给谁的，所以每台收到这个包的计算机，还必须分析这个包的IP地址，才能确定是不是发给自己的。当看到发出方IP地址是0.0.0.0，接收方是255.255.255.255，于是DHCP服务器知道”这个包是发给我的”，而其他计算机就可以丢弃这个包。

        接下来，DHCP服务器读出这个包的数据内容，分配好IP地址，发送回去一个”DHCP响应”数据包。这个响应包的结构也是类似的，以太网标头的MAC地址是双方的网卡地址，IP标头的IP地址是DHCP服务器的IP地址（发出方）和255.255.255.255（接收方），UDP标头的端口是67（发出方）和68（接收方），分配给请求端的IP地址和本网络的具体参数则包含在Data部分。

        新加入的计算机收到这个响应包，于是就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数

      • 软件dhcpclient（68号端口）------请求----》dhcpserver（67号）
      • 述dhcp的工作流程
        • 通过广播发送请求包，DHCP服务器收到后，分配好IP并发送“DHCP响应”数据包，计算机收到这个响应包，就知道了自己的IP地址、子网掩码、网关地址、DNS服务器等等参数
          

四.DNS域名解析

4.1 dns的作用：把域名解析成IP地址

• 什么是DNS？
  • 域名解析服务（Domain Name Server）
• DNS的作用：在互联网中，其实没有类似于www.xxx.com这种域名方式，而替代的是以IP地址，如222.222.222.222，那我们在IE地址栏中应当输入222.222.222.222才能打开网站www.xxx.com，但我们细想一下，互联网上的网站成千上万，如果每个网站登陆都需要记住一大串数字，那是不是特别不方便，对于记忆力不强的人，根本无法记住这么烦琐的数字。这个时候DNS就出现了，它的作用就是将222.222.222.222解析为www.xxx.com，那么我们登陆的时候就直接输入域名就可以了。
• 为什么一定要设置DNS才能上网？有些朋友可能会发现，为什么我可能登陆QQ、MSN，但却打不开网页呢？其实大部分原因都是因为DNS服务器故障造成的，DNS服务器地址是唯一的，是运营商提供给终端用户用来解析IP地址及域名的关系，而如果不设定DNS服务器地址，那么就无法查询地址的去向，自然也就打不开网页，而QQ、MSN等即时聊天软件，采用的是UDP传输协议，即不可靠传输协议，无需提供DNS服务器地址，也同样可以登陆。

4.2 dns的两种查询方式

• 递归：每次查询由现域名服务器向下一级域名服务器查询，最后逐级返回结果

#一 ：递归
主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询。所谓递归查询就是：如果主机所询问的本地域名服务器不知道被查询的域名的IP地址，
那么本地域名服务器就以DNS客户的身份，向其它根域名服务器继续发出查询请求报文(即替主机继续查询)，而不是让主机自己进行下一步查询。
因此，递归查询返回的查询结果或者是所要查询的IP地址，或者是报错，表示无法查询到所需的IP地址。

• • 递归查询：客户机向dns服务器发送请求，DNS服务器会使用一个准确的查询结果回复给客户机，如果DNS服务器本地没有储存查询的DNS信息，那么它会查询其他的DNS服务器，并将查询结果提交给客户机，主机到本地 DNS 服务器的查询就属于递归查询。
    

• 迭代：每次查询获得下一级服务器IP，再由本地服务器向下一个域名服务器查询

  • 二：迭代
    本地域名服务器向根域名服务器的查询的迭代查询。迭代查询的特点：当根域名服务器收到本地域名服务器发出的迭代查询请求报文时，要么给出所要查询的IP地址，
    要么告诉本地服务器：“你下一步应当向哪一个域名服务器进行查询”。然后让本地服务器进行后续的查询。根域名服务器通常是把自己知道的*域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，
    让本地域名服务器再向*域名服务器查询。*域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后，要么给出所要查询的IP地址，要么告诉本地服务器下一步应当向哪一个权限域名服务器进行查询。
    最后，知道了所要解析的IP地址或报错，然后把这个结果返回给发起查询的主机。 

  • 迭代查询：客户机向dns服务器发送请求，如果该服务器本地没有储存查询的DNS信息，那么它会告诉客户机另一台DNS服务器的地址，客户机在向这台DNS服务器查询DNS信息，依次循环直到返回结果，本地 DNS 服务器向根服务器的查询就是迭代查询。

4.5 DNS缓存分类 （了解）

• 1）浏览器DNS缓存（内存中): 浏览器会按照一定频率缓存DNS记录
• 2）本地操作系统DNS缓存(内存中): 如果浏览器缓存中找不到需要的DNS记录，那就去操作系统找。
• 3）本地HOSTS文件（硬盘中）: Windows系统中位于C:WindowsSystem32driversetc
• 4）路由器指定的DNS(远程): 路由器自动获取DNS地址，也可以手动修改-登录后台设置DNS服务器地址
• ps：路由器DNS被篡改会造成域名劫持，你访问的网址都会被定位到同一个位置，但是IP直接可以访问
• 5）ISP的DNS服务器（远程）: ISP(Internet Service Provider互联网服务提供商、联通电信移动)，ISP有专门的DNS服务器应 对DNS查询请求
• 6）根服务器（远程，跨国）: ISP的DNS服务器还找不到的话，它就会向根服务器发出查询请求

4.6 浏览器DNS查找顺序

• 浏览器DNS缓存->本地系统DNS缓存->本地计算机HOSTS文件->ISP DNS缓存->递归or迭代搜索

  期间如果查询到了，也就直接访问ip地址了，这个就像三级缓存原理一样，例如，能够在hosts文件中找到就不会再去查其他的

4.7 清除DNS缓存

• 打开cmd执行命令：ipconfig /all
• 查看本地dns缓存命令：ipconfig /displaydns
• 清除本地dns缓存命令：ipconfig /flushdns
• 清除浏览器缓存：

  • 我们在开发的时候，有时候会给某个域名绑hosts，用于本地开发测试，但是绑了之后，用谷歌浏览器访问会发现并没有生效，按F12会发现访问的还是线上的ip，说明浏览器是有该域名的dns缓存的，那么如何清除浏览器的dns缓存呢？
    
    # 1、针对谷歌浏览器
    谷歌浏览器清除方法如下：打开浏览器，访问如下地址
    chrome://net-internals/#dns
    
    点击 clear host cache，就清楚了浏览器的dns缓存，再访问绑hosts的域名，就会发现ip变啦
    
    # 2、针对火狐浏览器
    如果是firefox火狐浏览器的话，可以按照以下方式：
    
    在地址栏中 about:config 并回车，可能会出现一个警告信息，直接点击按钮进入，会出现firefox的所有配置信息，通过搜索dns 进行过滤，可以看到一项名为 network.dnsCacheExpirationGracePeriod 项，它对应的值就是DNS缓存的时间，双击此项，会出现修改的提示框，填入 0 （不缓存DNS）即可。

五 网络通信流程 

1.本机获取

• 本机的IP地址：192.168.1.100
• 子网掩码：255.255.255.0
• 网关的IP地址：192.168.1.1
• DNS的IP地址：8.8.8.8

2.打开浏览器，想要访问Google，在地址栏输入了网址：www.google.com。

3.dns协议(基于udp协议)

4.HTTP部分的内容，类似于下面这样：

GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
Connection: keep-alive
User-Agent: Mozilla/5.0 (Windows NT 6.1) ……
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Encoding: gzip,deflate,sdch
Accept-Language: zh-CN,zh;q=0.8
Accept-Charset: GBK,utf-8;q=0.7,*;q=0.3
Cookie: … …

我们假定这个部分的长度为4960字节，它会被嵌在TCP数据包之中。

5 TCP协议

TCP数据包需要设置端口，接收方（Google）的HTTP端口默认是80，发送方（本机）的端口是一个随机生成的1024-65535之间的整数，假定为51775。

TCP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入HTTP的数据包，总长度变为4980字节。

6 IP协议

然后，TCP数据包再嵌入IP数据包。IP数据包需要设置双方的IP地址，这是已知的，发送方是192.168.1.100（本机），接收方是172.194.72.105（Google）。

IP数据包的标头长度为20字节，加上嵌入的TCP数据包，总长度变为5000字节。

7 以太网协议

最后，IP数据包嵌入以太网数据包。以太网数据包需要设置双方的MAC地址，发送方为本机的网卡MAC地址，接收方为网关192.168.1.1的MAC地址（通过ARP协议得到）。

以太网数据包的数据部分，最大长度为1500字节，而现在的IP数据包长度为5000字节。因此，IP数据包必须分割成四个包。因为每个包都有自己的IP标头（20字节），所以四个包的IP数据包的长度分别为1500、1500、1500、560。

8 服务器端响应

经过多个网关的转发，Google的服务器172.194.72.105，收到了这四个以太网数据包。

根据IP标头的序号，Google将四个包拼起来，取出完整的TCP数据包，然后读出里面的”HTTP请求”，接着做出”HTTP响应”，再用TCP协议发回来。

本机收到HTTP响应以后，就可以将网页显示出来，完成一次网络通信。

PS：结合dns的查询描述浏览器上网的完整通信流程

解析域名的IP地址，本地缓存或域名服务器查询

发起连接请求，TCP三次握手

发送HTTP请求信息

接受服务器返回的数据并渲染到页面

断开TCP连接，四次挥手

网络基础之子网划分

2.1 子网划分概念

子网划分是通过借用ip地址的若干位主机位来充当子网地址的从而将原来的网络分为若干个彼此隔离的子网实现的

VLAN模式

1.1.1：vlan的含义

　局域网LAN的发展是VLAN产生的基础，因而先介绍一下局域网LAN

　　由Hub、网桥或交换机等网络设备连接同一网段内的所有节点形成局域网（LAN），通常是一个单独的广播域。

　　处于同一个局域网LAN之内的网络节点之间可以直接通信

　　处于不同局域网段的设备之间的通信则必须经过路由器才能通信。

　　上述传统拓扑结构的关键在于用三层设备，即路由器，来隔离不同的LAN，在网络规模增大的情况下存在两个缺陷： 
　　1. 路由器数量需要增多，网络时延随之加长，进而导致网络数据传输速度的下降。这主要是因为数据在从一个局域网传递到另一个局域网时，必须经过路由器的路由操作: 路由器根据数据包中的相应信息确定数据包的目标地址，然后再选择合适的路径转发出去。 
　　
　　2. 用户是按照它们的物理连接被自然地划分到不同的用户组（广播域）中。这种分割方式并不是根据工作组中所有用户的共同需要和带宽的需求来进行的。因此，尽管不同的工作组或部门对带宽的需求有很大的差异，但它们却被机械地划分到同一个广播域中争用相同的带宽。 
　　

　　综上两点，必须选出一种隔离广播域的方式，兼备下述两点

　　1.可以不用通过路由器来隔离不同广播域　　

　　2.可以突破地理位置的限制，在逻辑上划分出不同的广播域

　　这就是VLAN，IEEE 802.1Q 标准定义了 VLAN Header 的格式。它在普通以太网帧结构的 SA （src addr）之后加入了 4bytes 的 VLAN Tag/Header 数据，其中包括 12-bits 的 VLAN ID。VLAN ID 最大值为4096，但是有效值范围是 1 - 4094。

带 VLAN 的交换机的端口分为两类：

• Access port：这些端口被打上了 VLAN Tag。离开交换机的 Access port 进入计算机的以太帧中没有 VLAN Tag，这意味着连接到 access ports 的机器不会觉察到 VLAN 的存在。离开计算机进入这些端口的数据帧被打上了 VLAN Tag。
• Trunk port： 有多个交换机时，组A中的部分机器连接到 switch 1，另一部分机器连接到 switch 2。要使得这些机器能够相互访问，你需要连接两台交换机。 要避免使用一根电缆连接每个 VLAN 的两个端口，我们可以在每个交换机上配置一个 VLAN trunk port。Trunk port 发出和收到的数据包都带有 VLAN header，该 header 表明了该数据包属于那个 VLAN。因此，只需要分别连接两个交换机的一个 trunk port 就可以转发所有的数据包了。通常来讲，只使用 trunk port 连接两个交换机，而不是用来连接机器和交换机，因为机器不想看到它们收到的数据包带有 VLAN Header。

　　单台交换机上划分VLAN

　　多台交换机上划分VLAN

1.1.2：vlan的类型

（1）基于端口的 VLAN （untagged VLAN - 端口属于一个VLAN，数据帧中没有VLAN tag）

    这种模式中，在交换机上创建若干个VLAN，在将若干端口放在每个VLAN 中。每个端口在某一时刻只能属于一个VLAN。一个 VLAN 可以包含所有端口，或者部分端口。每个端口有个PVID （port VLAN identifier)。这种模式下，一个端口上收到的 frame 是 untagged frame，因此它不包含任何有关 VLAN 的信息。VLAN 的关系只能从端口的 PVID 上看出来。交换机在转发 frame 时，只将它转发到相同 PVID 的端口。

如上图所示，连接两个交换机的同一个 VLAN 中的两个计算机需要通信的话，需要在两个交换机之间连两根线：

• 一根从 Switch A 端口4 到 Switch B 端口 4 （VLAN 1）
• 一根从 Switch A 端口8 到 Switch B 端口 8 （VLAN 2）

（2）Tagged VLANs （数据帧中带有 VLAN tag）

这种模式下，frame 的VLAN 关系是它自己携带的信息中保存的，这种信息叫 a tag or tagged header。当交换机收到一个带 VLAN tag 的帧，它只将它转发给具有同样 VID 的端口。一个能够接收或者转发 tagged frame 的端口被称为 a tagged port。所有连接到这种端口的网络设备必须是 802.1Q 协议兼容的。这种设备必须能处理 tagged frame，以及添加 tag 到其转发的 frame。

上图中，两个交换机上的端口8 支持 VLAN 1 和 2， 因此一根线就可以了实现跨交换机的同VLAN 内的计算机互相通信了。 

1.1.3：vlan的不足

1. VLAN 使用 12-bit 的 VLAN ID，所以 VLAN 的第一个不足之处就是它最多只支持 4096 个 VLAN 网络（当然这还要除去几个预留的），对于大型数据中心的来说，这个数量是远远不够的。
2. VLAN 是基于 L2 的，所以很难跨越 L2 的边界，在很大程度上限制了网络的灵活性。
3. VLAN 操作需手工介入较多，这对于管理成千上万台机器的管理员来说是难以接受的。

• PS：
  • 1.什么是子网划分，子网划分举例
  • 3. 简述交换机两种端口及其作用