1 摘要

車載以太網的網絡層是OSI（開放系統互連）模型中的第三層，主要負責數據包的路由和轉發，確保數據能夠在不同的網絡節點之間正確傳輸。上一專題對以太網網絡層的IP協議以及路由協議進行了介紹，本文主要對網絡層的子網劃分的子網掩碼以及VLAN進行介紹。

2 子網劃分

• 子網掩碼：通過子網劃分，可以將車載網絡劃分為多個子網，以提高網絡管理的靈活性和效率。
• VLAN（虛擬局域網）：在車載以太網中，VLAN技術可以用于將不同的網絡流量隔離，提高網絡的安全性和性能。

2.1 子網掩碼

車載以太網的子網掩碼與普通以太網的子網掩碼概念相同，用于劃分網絡中的子網。子網掩碼是一個32位的二進制數，通常以點分十進制表示（例如255.255.255.0），它決定了IP地址中哪些位用于網絡標識，哪些位用于主機標識。
在車載以太網中，子網掩碼的選擇取決于網絡設計和需求。以下是一些常見的子網掩碼及其對應的網絡規模：

1. 255.255.255.0（/24）：
   • 這是最常見的子網掩碼，表示一個子網可以容納254個主機（2^8 - 2）。
   • 適用于中小型車載網絡。
2. 255.255.0.0（/16）：
   • 這個子網掩碼允許一個子網內包含65534個主機（2^16 - 2）。
   • 適用于較大的車載網絡。
3. 255.255.255.128（/25）：
   • 這個子網掩碼允許一個子網內包含126個主機（2^7 - 2）。
   • 適用于較小的車載網絡。
4. 255.255.255.252（/30）：
   • 這個子網掩碼通常用于點對點連接，只允許2個主機。
   • 適用于車載網絡中的特定設備之間的直接連接。

選擇子網掩碼的考慮因素：

• 網絡規模：需要根據網絡中設備的數量選擇合適的子網掩碼。
• 網絡拓撲：復雜的網絡拓撲可能需要更細致的子網劃分。
• IP地址管理：合理劃分子網可以簡化IP地址管理，避免地址浪費。

示例：
假設車載以太網的IP地址范圍是192.168.1.0/24，那么子網掩碼就是255.255.255.0。這意味著：

• 網絡地址：192.168.1.0
• 可用主機地址范圍：192.168.1.1 到 192.168.1.254
• 廣播地址：192.168.1.255
  在實際應用中，子網掩碼的選擇應根據具體的網絡需求和設計來確定。
  車載以太網（Automotive Ethernet）是一種專為汽車應用設計的以太網技術，它支持高速數據傳輸和實時通信，適用于現代汽車中復雜的電子系統和網絡架構。VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網）技術在車載以太網中的應用，主要是為了實現對網絡流量的有效管理和隔離，從而提高網絡的效率和安全性。

2.2 VLAN（虛擬局域網）

IEEE 802.1Q 是一種用于在以太網幀中插入虛擬局域網（VLAN）標簽的標準。它允許網絡管理員在同一個物理網絡中創建多個邏輯網絡（VLAN），從而提高網絡的靈活性和安全性。

2.2.1 IEEE 802.1Q VLAN標簽

2.2.1.1 VLAN標簽的結構

IEEE 802.1Q 標簽是一個4字節（32位）的字段，插入在以太網幀的源MAC地址和以太網類型/長度字段之間。標簽的結構如下：

• Tag Protocol Identifier (TPID): 2字節（16位）
  標識幀中是否包含802.1Q標簽，固定值為 0x8100，表示這是一個802.1Q標簽幀。
• Priority Code Point (PCP): 3位
  用于標識幀的優先級，范圍從0（最低）到7（最高），常用于服務質量（QoS）機制，以優先處理高優先級流量。
• Canonical Format Indicator (CFI): 1位
  用于指示MAC地址是否為規范格式，在以太網中，通常設置為0。
• VLAN Identifier (VID): 12位
  標識幀所屬的VLAN，有效范圍為1到4094，其中0和4095為保留值。

2.2.1.2 VLAN標簽的插入

在沒有VLAN標簽的以太網幀中，TPID字段通常是以太網類型/長度字段（如 0x0800 表示IPv4）。當插入802.1Q標簽時，TPID字段被替換為 0x8100，并在其后插入PCP、CFI和VID字段。

2.2.1.3 VLAN標簽的處理

VLAN標簽的添加：當幀從主機發送到交換機時，交換機可以根據配置的VLAN信息，在幀中添加802.1Q標簽。
VLAN標簽的移除：當幀從交換機發送到主機時，交換機通常會移除802.1Q標簽，因為主機可能無法識別或處理VLAN標簽。
VLAN標簽的保留：在交換機之間傳輸幀時，VLAN標簽通常會被保留，以確保幀能夠正確地傳遞到目標VLAN。
VLAN是一種將物理網絡劃分為多個邏輯網絡的技術。通過VLAN，可以在同一個物理網絡中創建多個獨立的廣播域，每個VLAN內的設備可以相互通信，而不同VLAN之間的通信則需要通過路由器或三層交換機進行。

2.1.2.4 PVID（Port VLAN Identifier） 和 VID（VLAN Identifier）

車載以太網中的 PVID（Port VLAN Identifier） 和 VID（VLAN Identifier） 是與 VLAN（虛擬局域網）相關的概念，用于在車載網絡中實現數據包的隔離和分類。以下是它們的詳細介紹：

1. VID（VLAN Identifier）
   定義：VID 是 VLAN 的唯一標識符，用于區分不同的 VLAN。它是一個 12 位的字段，取值范圍為 1 到 4094。
   作用：在數據幀中，VID 用于標記該數據幀屬于哪個 VLAN。交換機根據 VID 將數據幀轉發到相應的 VLAN。
   示例：如果一個數據幀的 VID 為 10，表示它屬于 VLAN 10，交換機會將其轉發到 VLAN 10 的端口。
2. PVID（Port VLAN Identifier）
   定義：PVID 是端口的默認 VLAN ID，表示該端口在沒有明確 VLAN 標記的情況下，會將接收到的數據幀歸類到哪個 VLAN。
   作用：
   當端口接收到未標記（untagged）的數據幀時，交換機會根據 PVID 為該數據幀分配一個 VLAN。
   當端口發送數據幀時，如果數據幀的 VID 與 PVID 相同，交換機會移除 VLAN 標記（untagged）。
   **配置：**每個端口都有一個 PVID，通常默認值為 1（默認 VLAN），但可以根據需要進行配置。
   示例：如果一個端口的 PVID 設置為 20，那么所有未標記的數據幀都會被歸類到 VLAN 20。
3. PVID 和 VID 的關系
   接收數據幀時：
   如果數據幀帶有 VLAN 標記（tagged），交換機會根據 VID 轉發數據幀。
   如果數據幀未標記（untagged），交換機會根據端口的 PVID 為其分配一個 VLAN。
   發送數據幀時：
   如果數據幀的 VID 與端口的 PVID 相同，交換機會移除 VLAN 標記（untagged）。
   如果數據幀的 VID 與端口的 PVID 不同，交換機會保留 VLAN 標記（tagged）。
4. 在車載以太網中的應用
   在車載網絡中，不同功能模塊（如動力系統、娛樂系統、ADAS 等）通常需要隔離。通過配置 PVID 和 VID，可以實現以下功能：
   數據隔離：將不同功能模塊的數據分配到不同的 VLAN，避免相互干擾。
   優先級管理：通過 VLAN 標記，可以為不同功能模塊的數據設置不同的優先級。
   簡化網絡設計：通過 PVID 和 VID 的配置，可以靈活地管理網絡流量，減少硬件成本。

5.總結

• VID 是數據幀的 VLAN 標識，用于區分不同的 VLAN。
• PVID 是端口的默認 VLAN ID，用于處理未標記的數據幀。
  在車載以太網中，PVID 和 VID 的合理配置可以實現數據隔離、優先級管理和網絡優化。通過理解 PVID 和 VID 的作用和關系，可以更好地設計和維護車載以太網系統。

2.1.2.5 Native VLAN

• 定義：在交換機的VLAN配置中，Native VLAN（本征 VLAN）是一個特殊的概念，主要用于處理不帶標簽的報文。以下是Native VLAN端口在處理不帶標簽的報文和帶標簽的報文時的接收與發送方式：

• 工作原理：

• • 工作原理：

  • 接收報文

    • 不帶標簽的報文：當交換機接收到一個不帶標簽的報文時，交換機會將該報文歸類到Native VLAN中。 報文在交換機內部會被視為屬于Native VLAN的流量。 如果報文的接收端口配置了Native VLAN，交換機會根據Native VLAN的配置進行轉發。
    • 帶標簽的報文： 當交換機接收到一個帶標簽的報文時，交換機會檢查報文的VLAN標簽。 如果報文的VLAN標簽與Native VLAN的VLAN ID相同，交換機會根據配置決定是否保留標簽或去掉標簽。如果報文的VLAN標簽與Native VLAN的VLAN ID不同，交換機會根據報文的VLAN標簽進行轉發。

  • 發送報文

    • 發送到Native VLAN的報文：當交換機需要發送一個屬于Native VLAN的報文時，如果發送端口配置了Native VLAN，交換機會去掉報文的VLAN標簽，發送不帶標簽的報文。這是為了確保與其他不支持VLAN標簽的設備兼容。

    • 發送到非Native VLAN的報文：當交換機需要發送一個不屬于Native VLAN的報文時，交換機會保留報文的VLAN標簽，并發送帶標簽的報文。 這是為了確保接收端能夠正確識別報文的VLAN歸屬。

• Native VLAN的配置

  • Native VLAN通常默認是VLAN 1，但可以根據需要進行配置。
  • 在Trunk端口上，Native VLAN的配置尤其重要，因為它決定了如何處理不帶標簽的報文。

• 總結

  • 接收不帶標簽的報文：歸類到Native VLAN。
  • 接收帶標簽的報文：根據VLAN標簽進行處理。
  • 發送Native VLAN的報文：去掉標簽，發送不帶標簽的報文。
  • 發送非Native VLAN的報文：保留標簽，發送帶標簽的報文。

以下是PVID、VID和Native VLAN的異同對比表：

特性	PVID (Port VLAN ID)	VID (VLAN ID)	Native VLAN
定義	端口默認的VLAN ID，用于標識未標記的流量	VLAN的唯一標識符，用于區分不同的VLAN	交換機端口上用于處理未標記流量的VLAN
作用	指定端口接收未標記流量時所屬的VLAN	標識不同的VLAN，用于隔離廣播域	處理未標記的流量，通常用于與不支持VLAN的設備通信
應用場景	用于接入端口，處理未標記的流量	用于所有VLAN相關的配置和通信	用于Trunk端口，處理未標記的流量
默認值	通常為VLAN 1	無默認值，需手動配置	通常為VLAN 1
標記方式	不直接標記流量，但指定未標記流量的VLAN	用于標記流量，標識流量所屬的VLAN	不標記流量，直接傳輸未標記的流量
配置位置	交換機端口配置	VLAN數據庫配置	交換機Trunk端口配置
流量處理	接收未標記流量時，將其分配到PVID指定的VLAN	用于標識和隔離不同VLAN的流量	接收未標記流量時，將其分配到Native VLAN
兼容性	用于與不支持VLAN的設備通信	用于所有支持VLAN的設備	用于與不支持VLAN的設備通信，或與其他交換機的Trunk端口通信

總結：

• PVID：用于指定端口接收未標記流量時所屬的VLAN。
• VID：用于唯一標識一個VLAN，是VLAN的核心標識符。
• Native VLAN：用于處理Trunk端口上的未標記流量，通常與PVID相同，但在Trunk端口上有特殊用途。

2.2.2 VLAN的劃分方式

VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網）主要有以下幾種：

1. 基于端口的VLAN劃分
   • 定義：根據交換機的物理端口來劃分VLAN。
   • 特點：簡單易行，配置直觀，但靈活性較差。
   • 應用場景：適用于網絡結構相對簡單且變化不大的環境。

2. 基于MAC地址的VLAN劃分

• 定義：根據設備的MAC地址來劃分VLAN。
• 特點：靈活性高，設備移動時VLAN配置不變，但配置復雜，管理難度較大。
• 應用場景：適用于設備頻繁移動或網絡結構復雜的環境。

3. 基于協議的VLAN劃分

• 定義：根據網絡層協議（如IP、IPX等）來劃分VLAN。
• 特點：可以根據不同的網絡協議進行劃分，適用于多協議環境，但配置較為復雜。
• 應用場景：適用于支持多種網絡協議的環境。

4. 基于子網的VLAN劃分

• 定義：根據IP地址的子網來劃分VLAN。
• 特點：配置相對簡單，便于管理，但需要網絡設備支持三層交換功能。
• 應用場景：適用于基于IP地址的網絡環境。

5. 基于策略的VLAN劃分

• 定義：根據預定義的策略（如端口、MAC地址、IP地址等組合）來劃分VLAN。
• 特點：靈活性最高，配置復雜，管理難度大。
• 應用場景：適用于需要高度靈活性和復雜策略的網絡環境。

6. 基于用戶的VLAN劃分

• 定義：根據用戶的身份或組別來劃分VLAN。
• 特點：安全性高，便于管理，但需要身份認證系統的支持。
• 應用場景：適用于需要嚴格用戶管理的環境，如企業網絡。

7. 基于應用的VLAN劃分

• 定義：根據應用程序或服務類型來劃分VLAN。
• 特點：可以根據不同的應用需求進行劃分，提高網絡資源利用率。
• 應用場景：適用于需要區分不同應用服務的網絡環境。

8. 基于時間的VLAN劃分

• 定義：根據時間策略來劃分VLAN。
• 特點：可以根據時間動態調整VLAN配置，靈活性高。
• 應用場景：適用于需要根據時間動態調整網絡策略的環境。

不同的VLAN劃分方式適用于不同的網絡環境和需求，選擇合適的劃分方式可以提高網絡的管理效率和安全性。

VLAN的配置示例：
以下是一個簡單的車載以太網VLAN配置示例：

1. 定義VLAN：首先在交換機上定義不同的VLAN，例如VLAN 10用于娛樂系統，VLAN 20用于駕駛輔助系統，VLAN 30用于車身控制系統。

2. 配置端口VLAN：將連接到娛樂系統設備的交換機端口配置為VLAN 10，連接到駕駛輔助系統設備的端口配置為VLAN 20，連接到車身控制系統設備的端口配置為VLAN 30。

3. 配置Trunk端口：如果需要跨交換機傳輸多個VLAN的流量，可以配置Trunk端口，并在Trunk端口上啟用IEEE 802.1Q協議，以支持VLAN標簽的傳輸。

3.2.3 VLAN的端口類型

車載以太網中的VLAN端口類型根據不同的應用場景和需求進行選擇和配置。Access端口適用于簡單的終端設備連接，Trunk端口適用于交換機之間的互聯，Hybrid端口則提供了更高的靈活性。此外，Native VLAN、Voice VLAN和Management VLAN等特殊VLAN類型也根據具體需求在網絡中發揮作用。以下是常見的VLAN端口類型及其通信原理：

3.2.3.1 Access端口

• 定義：Access端口是用于連接終端設備（如PC、打印機等）的端口，通常只允許一個VLAN的數據通過。
• 工作原理：
  • 不帶標簽的報文（Untagged Frames）
    • 接收報文：當Access端口接收到一個不帶標簽的報文時，交換機會為該報文打上該端口的默認VLAN（PVID，Port VLAN ID）標簽，然后將報文轉發到相應的VLAN中。
    • 發送報文：當Access端口需要發送報文到終端設備時，交換機會將報文的VLAN標簽移除，發送一個不帶標簽的報文到終端設備。
  • 帶標簽的報文（Tagged Frames）
    • 接收報文：當Access端口接收到一個帶標簽的報文時，交換機會檢查該報文的VLAN標簽是否與端口的默認VLAN（PVID）一致。如果一致，交換機會處理該報文；如果不一致，交換機會丟棄該報文。
    • 發送報文：Access端口通常不會發送帶標簽的報文到終端設備，因為終端設備通常無法處理VLAN標簽。如果交換機需要將帶標簽的報文發送到其他交換機或支持VLAN的設備，會通過Trunk端口或Hybrid端口進行轉發。

因此，Access端口能夠確保終端設備與交換機之間的通信在正確的VLAN中進行，同時避免終端設備接收到無法處理的帶標簽報文。

• 應用場景：
  在網絡交換設備中，Access端口通常用于連接終端設備（如PC、打印機等）。

3.2.3.2 Trunk端口

• 定義：在網絡設備中，Trunk端口用于傳輸多個VLAN的流量，通常用于交換機之間的連接。Trunk端口處理不帶標簽的報文和帶標簽的報文的方式有所不同，具體如下：

• 工作原理：

  • 不帶標簽的報文（Untagged Frame）

    • 接收報文：當Trunk端口接收到一個不帶標簽的報文時，交換機會根據端口的默認VLAN（PVID，Port VLAN ID）來標記該報文。PVID是在Trunk端口上配置的，表示該端口默認所屬的VLAN。報文會被打上PVID對應的VLAN標簽，然后在交換機內部進行處理。
    • 發送報文：當Trunk端口需要發送一個不帶標簽的報文時，交換機會根據報文的VLAN信息決定是否去掉標簽。通常，Trunk端口會將報文打上VLAN標簽后再發送出去。如果Trunk端口配置為允許某個VLAN的流量以不帶標簽的方式發送（例如在某些特定場景下），交換機會在發送前去掉該報文的VLAN標簽。

  • 帶標簽的報文（Tagged Frame）

    • 接收報文： 當Trunk端口接收到一個帶標簽的報文時，交換機會直接讀取報文中的VLAN標簽，并根據該標簽將報文轉發到相應的VLAN。如果報文中的VLAN標簽與Trunk端口允許的VLAN列表不匹配，報文可能會被丟棄，具體取決于交換機的配置。
    • 發送報文： 當Trunk端口需要發送一個帶標簽的報文時，交換機會直接將該報文發送出去，保留VLAN標簽。Trunk端口通常會保留報文的VLAN標簽，以便接收端交換機能夠正確識別報文所屬的VLAN。

• 應用場景：交換機之間的連接，支持多VLAN傳輸。

• 總結

  • 接收：Trunk端口根據報文的標簽狀態（帶標簽或不帶標簽）來決定如何處理。不帶標簽的報文會被打上PVID標簽，帶標簽的報文則直接根據標簽進行處理。
  • 發送：Trunk端口通常會保留報文的VLAN標簽，除非特別配置為去掉某個VLAN的標簽。

這種處理方式確保了Trunk端口能夠有效地在多個VLAN之間傳輸流量，同時保持VLAN的隔離和正確的轉發行為。

3.2.3.3 Hybrid端口

• 定義：Hybrid端口是Access端口和Trunk端口的結合體，Hybrid端口是一種可以同時處理帶標簽（Tagged）和不帶標簽（Untagged）報文的端口類型。它通常用于交換機或路由器上，特別是在VLAN（虛擬局域網）環境中。Hybrid端口的通信方式如下：

• 工作原理：

  • 不帶標簽的報文（Untagged Frame）
    • 接收報文：當Hybrid端口接收到一個不帶標簽的報文時，交換機會根據端口的配置，為該報文分配一個默認的VLAN ID（PVID，Port VLAN ID）。報文在交換機內部會被標記為這個PVID，并按照該VLAN的規則進行轉發。
    • 發送處理：當Hybrid端口需要發送一個不帶標簽的報文時，交換機會檢查該報文的VLAN ID是否與端口的PVID一致。如果一致，交換機會將VLAN標簽移除，并將報文以不帶標簽的形式發送出去。如果不一致，則不會通過該端口發送該報文，除非端口配置允許發送其他VLAN的報文。
  • 帶標簽的報文（Tagged Frame）
    • 接收處理：當Hybrid端口接收到一個帶標簽的報文時，交換機會檢查該報文的VLAN ID。如果該VLAN ID在端口的允許列表中（即端口配置允許接收該VLAN的報文），則報文會被正常接收并按照VLAN規則轉發。如果VLAN ID不在允許列表中，則報文會被丟棄。
    • 發送處理：當Hybrid端口需要發送一個帶標簽的報文時，交換機會檢查該報文的VLAN ID。如果端口配置允許發送該VLAN的報文，則報文會以帶標簽的形式發送出去。如果端口配置不允許發送該VLAN的報文，則報文不會被發送。

• 應用場景：Hybrid端口常用于連接交換機與交換機、交換機與路由器、交換機與服務器等場景，特別是在需要同時處理多個VLAN的情況下。

• 總結
  Hybrid端口通過靈活的配置，能夠同時處理帶標簽和不帶標簽的報文，適用于多種網絡場景。通過合理配置，可以實現不同VLAN之間的通信，同時保持網絡的簡潔性和高效性。

3.2.3.4 General端口

• 定義：在以太網交換機中，General端口（也稱為Hybrid端口）是一種靈活的端口類型，可以同時處理帶標簽的報文（Tagged Frame）和不帶標簽的報文（Untagged Frame）。其通信方式取決于端口的配置和報文類型。以下是General端口處理這兩種報文的具體方式：

• 工作原理：

  • 不帶標簽的報文（Untagged Frame）

    • 接收報文：當General端口接收到不帶標簽的報文時，交換機會根據端口的**PVID（Port VLAN ID）**為該報文打上相應的VLAN標簽。例如，如果端口的PVID為10，則交換機會為該報文打上VLAN 10的標簽。
    • 發送處理：在發送報文時，如果端口的配置允許將該VLAN的報文以不帶標簽的方式發送，則交換機會移除VLAN標簽，將報文作為Untagged Frame發送出去。如果端口配置不允許，則報文會以Tagged Frame的形式發送。

  • 帶標簽的報文（Tagged Frame）

    • 接收報文：當General端口接收到帶標簽的報文時，交換機會檢查該報文的VLAN標簽是否在端口的允許VLAN列表中。如果VLAN標簽被允許，則報文會被正常處理；如果VLAN標簽不被允許，則報文會被丟棄。
    • 發送處理： 在發送報文時，如果端口的配置允許將該VLAN的報文以帶標簽的方式發送，則報文會保留VLAN標簽。如果端口配置不允許，則交換機會根據配置決定是否移除VLAN標簽或以不帶標簽的方式發送。

• 應用場景：需要靈活配置VLAN標簽的場景。

• General端口的關鍵配置：

  • PVID（Port VLAN ID）：
    • 為不帶標簽的報文分配默認VLAN標簽。
  • 允許的VLAN列表：
    • 指定端口可以接收和發送哪些VLAN的報文。
  • Tagged/Untagged配置：
    • 指定某個VLAN的報文在發送時是否保留標簽。

• 示例：

  • 假設General端口的PVID為10，允許VLAN 10和VLAN 20的報文，并配置為：
    • VLAN 10的報文以不帶標簽的方式發送。
    • VLAN 20的報文以帶標簽的方式發送。
  • 接收：
    • 收到不帶標簽的報文時，打上VLAN 10的標簽。
    • 收到帶VLAN 20標簽的報文時，正常處理。
  • 發送：
    • 發送VLAN 10的報文時，移除標簽。
    • 發送VLAN 20的報文時，保留標簽。

• 以下是Access端口、Trunk端口、Hybrid端口和General端口的異同對比表：

特性/端口類型	Access端口	Trunk端口	Hybrid端口	General端口
主要用途	連接終端設備	連接交換機或路由器	連接交換機或終端設備	連接交換機或終端設備
VLAN處理	僅支持單個VLAN	支持多個VLAN	支持多個VLAN	支持多個VLAN
默認VLAN	有默認VLAN（PVID）	有默認VLAN（PVID）	有默認VLAN（PVID）	有默認VLAN（PVID）
幀標記	不標記幀	標記幀（802.1Q）	可標記或不標記幀	可標記或不標記幀
接收未標記幀	將幀分配到默認VLAN	將幀分配到默認VLAN	將幀分配到默認VLAN	將幀分配到默認VLAN
接收標記幀	丟棄標記幀	根據標記的VLAN處理	根據標記的VLAN處理	根據標記的VLAN處理
發送幀	發送未標記幀	發送標記幀	可發送標記或未標記幀	可發送標記或未標記幀
VLAN成員關系	僅屬于一個VLAN	屬于多個VLAN	屬于多個VLAN	屬于多個VLAN
典型應用場景	連接PC、打印機等終端設備	交換機間鏈路	需要靈活VLAN處理的場景	需要靈活VLAN處理的場景
兼容性	僅適用于終端設備	適用于交換機間連接	適用于交換機間和終端設備	適用于交換機間和終端設備

• 詳細說明：

1. Access端口：通常用于連接終端設備，如PC、打印機等。它只能屬于一個VLAN，并且不會對幀進行標記。接收到的幀會被分配到默認VLAN，發送的幀也不會帶有VLAN標記。

2. Trunk端口：通常用于交換機之間的連接，支持多個VLAN。它會對幀進行標記（802.1Q），以便在交換機之間傳遞多個VLAN的流量。接收到的標記幀會根據標記的VLAN進行處理，未標記的幀會被分配到默認VLAN。

3. Hybrid端口：是Access端口和Trunk端口的結合體，既可以連接終端設備，也可以連接交換機。它支持多個VLAN，并且可以根據配置選擇是否對幀進行標記。這使得它在需要靈活VLAN處理的場景中非常有用。

4. General端口：類似于Hybrid端口，支持多個VLAN，并且可以根據配置選擇是否對幀進行標記。它適用于需要靈活VLAN處理的場景，可以連接交換機或終端設備。

• 以下是Hybrid端口和General端口的異同對比表：

特性	Hybrid端口	General端口
定義	一種特殊的交換機端口模式，可以同時處理帶標簽（Tagged）和不帶標簽（Untagged）的數據幀。	華為設備中的一種端口模式，類似于Hybrid端口，支持Tagged和Untagged幀的處理。
Tagged幀處理	支持	支持
Untagged幀處理	支持	支持
VLAN標記	可以手動指定端口在發送Untagged幀時是否添加VLAN標記。	可以手動指定端口在發送Untagged幀時是否添加VLAN標記。
靈活性	更靈活，可以同時屬于多個VLAN，并且可以自定義Tagged和Untagged幀的處理方式。	靈活性稍低，但功能與Hybrid端口類似。
默認行為	默認情況下，Hybrid端口不會自動添加VLAN標記，需要手動配置。	默認情況下，General端口也不會自動添加VLAN標記，需要手動配置。
廠商支持	主要見于華為、H3C等廠商的設備。	華為設備專用，其他廠商通常使用Hybrid端口模式。
配置命令	使用port hybrid相關命令配置。	使用port general相關命令配置。
適用場景	適用于需要同時處理Tagged和Untagged幀的復雜網絡環境。	適用于華為設備中需要靈活處理VLAN標記的場景。

• 相同點：Hybrid端口和General端口都支持Tagged和Untagged幀的處理，并且可以手動配置VLAN標記行為。
• 不同點：Hybrid端口是更通用的術語，適用于多廠商設備；而General端口是華為設備中的特定實現，功能與Hybrid端口類似，但命名和配置命令有所不同。

3.2.4 VLAN間通信

• 定義：VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網）是一種將物理網絡劃分為多個邏輯網絡的技術。VLAN的主要目的是隔離廣播域，提高網絡的安全性和管理靈活性。然而，在某些情況下，不同VLAN之間需要進行通信。VLAN間通信的原理主要依賴于三層設備（如路由器或三層交換機）來實現。以下是VLAN間通信的基本原理和工作流程：

• VLAN間通信的基本概念

  • VLAN隔離：默認情況下，不同VLAN之間的設備無法直接通信，因為它們處于不同的廣播域。
  • 三層設備的作用：為了實現VLAN間通信，需要通過三層設備（如路由器或三層交換機）進行數據包的轉發。三層設備能夠識別IP地址，并根據路由表將數據包從一個VLAN轉發到另一個VLAN。

• VLAN間通信的實現方式

  • 使用路由器（Router）

    • 單臂路由（Router on a Stick）：路由器通過一個物理接口連接交換機，并在該接口上配置多個子接口（Sub-interface），每個子接口對應一個VLAN。交換機將不同VLAN的流量通過Trunk鏈路發送到路由器的子接口。
      路由器根據子接口的配置，對數據包進行路由轉發，從而實現VLAN間通信。
    • 優點：節省路由器接口。
    • 缺點：性能可能成為瓶頸，因為所有VLAN的流量都通過一個物理接口。

  • 多接口路由：路由器的每個物理接口連接一個VLAN。路由器根據接口的IP地址和路由表，將數據包從一個VLAN轉發到另一個VLAN。

    • 優點：性能較好。
    • 缺點：需要多個物理接口，成本較高。

  • 使用三層交換機（Layer 3 Switch）
    三層交換機結合了交換機和路由器的功能，可以在硬件層面實現VLAN間路由。三層交換機為每個VLAN配置一個虛擬接口（SVI，Switch Virtual Interface），并為每個SVI分配IP地址。當不同VLAN的設備需要通信時，三層交換機根據路由表將數據包從一個VLAN轉發到另一個VLAN。

  • 優點：性能高，延遲低。

  • 缺點：成本較高。

• VLAN間通信的工作流程
  以下是VLAN間通信的典型工作流程（以三層交換機為例）：

  • 數據包發送：
    源設備（如PC1）在VLAN 10中，目標設備（如PC2）在VLAN 20中。PC1發送數據包時，目標IP地址為PC2的IP地址。
  • 查找網關：
    PC1發現目標IP地址不在同一網段，于是將數據包發送到默認網關（VLAN 10的SVI接口）。
  • 路由轉發：
    三層交換機收到數據包后，檢查目標IP地址，并根據路由表確定數據包需要轉發到VLAN 20。
  • 數據包轉發：
    三層交換機將數據包從VLAN 10的SVI接口轉發到VLAN 20的SVI接口。
  • 數據包接收：
    數據包到達VLAN 20后，交換機將數據包發送給PC2。

• 配置VLAN間通信的關鍵點

  • VLAN劃分：確保不同VLAN的設備和接口正確配置。
  • IP地址分配：為每個VLAN的SVI接口或路由器子接口分配IP地址，并確保設備配置正確的默認網關。
  • 路由配置：在三層設備上配置靜態路由或動態路由協議，以確保VLAN間通信的路徑正確。
  • Trunk鏈路：在交換機和路由器之間配置Trunk鏈路，以傳輸多個VLAN的流量。

• 總結
  VLAN間通信的核心是通過三層設備（路由器或三層交換機）實現不同VLAN之間的數據包轉發。單臂路由適用于小型網絡，而三層交換機更適合中大型網絡，能夠提供更高的性能和更低的延遲。正確配置VLAN、IP地址和路由是實現VLAN間通信的關鍵。

3 廣播域與沖突域

以太網（Ethernet）是局域網（LAN）中最常用的網絡技術之一。在以太網中，廣播域（Broadcast Domain）和沖突域（Collision Domain）是兩個重要的概念，它們分別描述了網絡中數據傳播和沖突的范圍。

3.1 廣播域（Broadcast Domain）

廣播域是指網絡中所有能夠接收到廣播消息的設備集合。廣播消息是發送到網絡中所有設備的特殊消息，通常用于網絡發現、地址解析（如ARP協議）等。

• 定義：廣播域是網絡中所有能夠接收到同一廣播消息的設備集合。
• 范圍：在一個廣播域中，廣播消息會被傳播到所有設備，無論它們是否直接相連。
• 設備影響：
  • 集線器（Hub）：集線器會將廣播消息轉發到所有端口，因此所有連接到集線器的設備都在同一個廣播域中。
  • 交換機（Switch）：交換機默認情況下會將廣播消息轉發到所有端口，因此所有連接到交換機的設備也在同一個廣播域中。
  • 路由器（Router）：路由器不會轉發廣播消息，因此它會分隔廣播域。每個路由器的接口通常屬于不同的廣播域。

3.2 沖突域（Collision Domain）

沖突域是指網絡中所有可能發生數據沖突的設備集合。沖突發生在多個設備同時嘗試在同一物理介質上發送數據時，導致數據包碰撞和丟失。

• 定義：沖突域是網絡中所有可能發生數據沖突的設備集合。
• 范圍：在一個沖突域中，多個設備共享同一物理介質，如果它們同時發送數據，就會發生沖突。
• 設備影響：
  • 集線器（Hub）：集線器是一個共享介質設備，所有連接到集線器的設備都在同一個沖突域中。
  • 交換機（Switch）：交換機為每個端口創建一個獨立的沖突域。因此，連接到交換機的每個設備都在自己的沖突域中，不會與其他設備發生沖突。
  • 路由器（Router）：路由器也會分隔沖突域，每個接口通常屬于不同的沖突域。

3.3 廣播域與沖突域的對比

• 廣播域：所有能夠接收到廣播消息的設備集合。集線器和交換機不會分隔廣播域，而路由器會分隔廣播域。關注的是網絡中廣播消息的傳播范圍，通常由路由器或 VLAN 技術進行隔離。
• 沖突域：所有可能發生數據沖突的設備集合。集線器不分隔沖突域，而交換機和路由器會分隔沖突域。關注的是網絡中數據沖突的范圍，通常由交換機進行隔離。
  以下是車載以太網廣播域與沖突域的異同對比表：

特性	廣播域	沖突域
定義	廣播域是指網絡中所有能夠接收到廣播消息的設備集合。	沖突域是指網絡中所有共享同一傳輸介質并可能發生數據沖突的設備集合。
范圍	廣播域的范圍通常比沖突域大，可以跨越多個交換機或路由器。	沖突域的范圍通常較小，通常局限于同一物理網段或同一交換機端口。
設備影響	廣播域由交換機、路由器等設備劃分，路由器可以隔離廣播域。	沖突域由集線器、交換機等設備劃分，交換機可以隔離沖突域。
數據傳播	廣播域內的設備可以接收到廣播、組播和未知單播幀。	沖突域內的設備在發送數據時可能會發生沖突，導致數據重傳。
性能影響	廣播域過大可能導致廣播風暴，影響網絡性能。	沖突域過大會增加沖突概率，降低網絡效率。
隔離方式	通過路由器或 VLAN 技術隔離廣播域。	通過交換機或網橋隔離沖突域。
常見設備	路由器、三層交換機	集線器、交換機
車載以太網應用	在車載以太網中，廣播域用于實現車輛內部各ECU（電子控制單元）之間的通信。	在車載以太網中，沖突域通常較小，因為現代車載網絡多采用全雙工通信，沖突較少發生。

4 總結

以上對車載以太網網絡層的子網掩碼、VLAN的定義、廣播域以及沖突域的相關概念和原理進行了介紹，并穿插介紹了PVID、VID、Native VLAN、VLAN的端口類型以及VLAN間的通信。希望能對大家理解車載以太網網絡層通信有所幫助！